Vergleich von JFETs, MOSFETs und HFETs

Ein Transistor ist ein Gerät, das den Strom steuert, der in den Kanal einer elektrischen Signalanwendung mit geringem Stromverbrauch fließt. Sie werden auf zwei Arten klassifiziert:

1. Bipolar Junction Transistoren (BJTs). Ein stromgesteuertes Gerät, da eine kleine Menge Strom verwendet wird, um seinen Fluss in einen Kanal zu steuern.

2. Feldeffekttransistoren (FETs). Ein spannungsgesteuertes Gerät, da eine kleine Spannung verwendet wird, um den Strom zu steuern, der in einen Kanal fließt.

Dieser Artikel konzentriert sich auf die verschiedenen Arten von FETs und enthält eine Vergleichstabelle.

Junction Field-effect Transistor (JFET)
In einem JFET bildet eine dünne Schicht aus resistivem Halbleitermaterial vom N- oder P-Typ einen Kanal. Typischerweise wird Silizium vom N- oder P-Typ verwendet, wodurch die meisten Träger mit zwei ohmschen elektrischen Verbindungen („Drain“ und „Source“ genannt) durchfließen können, die an beiden Enden des Kanals gebildet sind. Ein dritter ohmscher Kontakt (das „Gate“) wird ebenfalls gebildet.

Diagramm mit verschiedenen Schichten von JFET

Die verschiedenen Schichten eines JFET.

Eine Spannung, die an das Gate angelegt wird, steuert den durch den Kanal fließenden Strom. Wenn eine Drain-Source-Spannung bewirkt, dass der Drainstrom in den Widerstandskanal fließt, wird der Strom gleichmäßig auf alle Teile verteilt.

Aufgrund seiner resistiven Natur wird jedoch ein kleiner Gradient gebildet, dessen Größe abnimmt, wenn sich der Fluss vom Drain zum Source-Anschluss bewegt. Dies führt zu einem PN-Übergang mit einer größeren Sperrspannung am Drain-Anschluss und einer kleineren Sperrspannung am Source-Anschluss.

Diese Vorspannung bildet eine Verarmungsschicht innerhalb des Kanals. Seine Breite nimmt mit der Vorspannung zu.

FETs werden wie folgt klassifiziert:

1. N-Kanal-JFET – Dotierstoffverunreinigungen, die einen negativen Flussstrom in Form von Elektronen erzeugen.

2. P-Kanal-JFET – Akzeptorverunreinigungen, die einen positiven Flussstrom in Form von Löchern erzeugen.

N-Kanal-JFETs werden gegenüber P-Kanal-JFETs bevorzugt, da Elektronen mehr Leitung bieten als Löcher.

Anwendungen

  • Als rauscharmer, hochohmiger Verstärker.
  • Als Pufferverstärker mit hoher Eingangsimpedanz und niedriger Ausgangsimpedanz.
  • Als HF-Verstärker im Empfängerbereich der Kommunikationseinheit (da ein JFET ideal für den Betrieb mit Schwachstromsignalen ist).
  • Als analoge Multiplexer, die unter Verwendung von JFETs hergestellt werden können.

Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)
Ein MOSFET ist ein Gerät mit drei Anschlüssen und einer Gate-Elektrode aus einem Metalloxid-Halbleiter, der durch eine dünne Schicht Siliziumdioxid („Glas“ genannt) elektrisch vom stromführenden Kanal isoliert ist.

Durch die Isolation der Gate—Elektrode ist der Eingangswiderstand extrem hoch – in der Größenordnung von wenigen Megaohm. Infolgedessen werden MOSFETs leicht durch eine hohe Ansammlung statischer Ladungen beschädigt.