JFET i MOSFET

Oba są tranzystorami polowymi o kontrolowanym napięciu (FET) używanymi głównie do wzmacniania słabych sygnałów, głównie sygnałów bezprzewodowych. Są to urządzenia UNIPOLAR, które mogą wzmacniać sygnały analogowe i cyfrowe. Tranzystor polowy (FET) jest rodzajem tranzystora, który zmienia zachowanie elektryczne urządzenia za pomocą efektu pola elektrycznego. Są stosowane w obwodach elektronicznych od technologii RF do przełączania i sterowania mocą do wzmacniania. Używają pola elektrycznego do kontrolowania przewodności elektrycznej kanału. FET jest podzielony na JFET (ang. Junction Field Effect Transistor) i MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Obie są głównie używane w układach scalonych i są dość podobne w zasadach działania, ale mają nieco inny skład. Porównajmy dokładnie dwa.

Czym jest JFET?

JFET jest najprostszym tranzystorem polowym, w którym prąd może przepływać od źródła do drenu lub drenować do źródła. W przeciwieństwie do tranzystorów bipolarnych (BJT), JFET wykorzystuje napięcie przyłożone do zacisku bramki, aby sterować prądem płynącym przez kanał pomiędzy końcówkami spustowymi i źródłowymi, co powoduje, że prąd wyjściowy jest proporcjonalny do napięcia wejściowego. Zacisk bramki jest odwrotny. To trójpunktowe unipolarne urządzenie półprzewodnikowe stosowane w elektronicznych przełącznikach, rezystorach i wzmacniaczach. Przewiduje on wysoki stopień izolacji między wejściem i wyjściem, co czyni go bardziej stabilnym niż dwubiegunowy tranzystor złącza. W przeciwieństwie do BJT, dozwolony prąd jest określany przez sygnał napięciowy w JFET.

Zwykle dzieli się na dwie podstawowe konfiguracje:

• N-kanałowy JFET - Prąd płynący przez kanał między drenem a źródłem jest ujemny w postaci elektronów. Ma niższą odporność niż typy typu P-Channel.
• P-kanałowy JFET - Prąd płynący przez kanał jest dodatni w postaci Otworów. Ma większą odporność niż jej odpowiedniki w N-Channel.

Co to jest MOSFET?

MOSFET to cztero-końcowy tranzystor polowy półprzewodnikowy wytwarzany przez kontrolowane utlenianie krzemu i gdzie przyłożone napięcie określa przewodność elektryczną urządzenia. MOSFET oznacza tranzystor polowy z metalicznym tlenkiem półprzewodnikowym. Bramka, która znajduje się pomiędzy kanałem źródłowym i kanałem odpływowym, jest elektrycznie odizolowana od kanału cienką warstwą tlenku metalu. Pomysł polega na kontrolowaniu przepływu napięcia i prądu między kanałem źródłowym i kanałem drenażowym. MOSFET-y odgrywają istotną rolę w układach scalonych ze względu na ich wysoką impedancję wejściową. Są one najczęściej używane w wzmacniaczach mocy i przełącznikach, a także odgrywają kluczową rolę w projektowaniu systemów wbudowanych jako elementów funkcjonalnych.

Zazwyczaj są one podzielone na dwie konfiguracje:

• Tryb wyczerpania MOSFET - Urządzenia są normalnie "włączone", gdy napięcie bramki do źródła wynosi zero. Napięcie aplikacyjne jest niższe niż napięcie spustowe
• Tryb wzbogacania MOSFET - Urządzenia są zwykle "wyłączone", gdy napięcie bramki do źródła wynosi zero.

Różnica między JFET i MOSFET

Podstawy FET i MOSFET

Zarówno JFET, jak i MOSFET są tranzystorami sterowanymi napięciowo, używanymi do wzmacniania słabych sygnałów analogowych i cyfrowych. Oba są urządzeniami jednobiegunowymi, ale o innym składzie. Podczas gdy JFET oznacza tranzystor polowy Junction, tranzystor MOSFET jest skrótem od tranzystora polowego z metalicznym tlenkiem półprzewodnikowym. Pierwsze z nich to trójprzewodnikowe urządzenie półprzewodnikowe, natomiast drugie to cztero-końcowe urządzenie półprzewodnikowe.

Tryb działania FET i MOSFET

Oba mają mniejszą wartość transkonduktancji w porównaniu z tranzystorami bipolarnymi (BJT). JFET mogą działać tylko w trybie wyczerpania, podczas gdy MOSFET-y mogą działać zarówno w trybie wyczerpania, jak i w trybie wzbogacania.

Impedancja wejściowa w FET i MOSFET

JFET mają wysoką impedancję wejściową rzędu 1010 omów, co czyni je czułymi na sygnały napięcia wejściowego. MOSFET oferują jeszcze wyższą impedancję wejściową niż JFET, co czyni je bardziej odpornymi na terminal bramkowy, dzięki izolatorowi tlenku metalu.

Prąd upływu bramy

Odnosi się to do stopniowej utraty energii elektrycznej spowodowanej przez urządzenia elektroniczne, nawet gdy są one wyłączone. Podczas gdy JFET pozwalają na prąd upływu bramki rzędu 10 ^ -9 A, prąd upływu bramki dla MOSFET będzie rzędu 10 ^ -12 A.

Odporność na uszkodzenia w FET i MOSFET

MOSFET są bardziej podatne na uszkodzenia spowodowane wyładowaniami elektrostatycznymi z powodu dodatkowego izolatora tlenku metalu, który zmniejsza pojemność bramki, czyniąc tranzystor podatnym na uszkodzenia wysokiego napięcia. Z drugiej strony, JFET są mniej podatne na uszkodzenia ESD, ponieważ oferują większą pojemność wejściową niż MOSFET.

Koszt FET i MOSFET

JFET podążają prostym, mniej wyrafinowanym procesem produkcyjnym, który czyni je względnie tańszymi od MOSFET-ów, które są kosztowne ze względu na bardziej złożony proces produkcyjny. Dodatkowa warstwa tlenku metalu dodaje trochę ogólnych kosztów.

Zastosowanie FET i MOSFET

JFET są idealne do zastosowań o niskim poziomie hałasu, takich jak przełączniki elektroniczne, wzmacniacze buforowe itp.Natomiast tranzystory MOSFET są używane głównie w aplikacjach o wysokim poziomie szumów, takich jak przełączanie i wzmacnianie sygnałów analogowych lub cyfrowych, a także są wykorzystywane w aplikacjach sterowania silnikiem i systemach wbudowanych.

JFET a MOSFET: Tabela porównawcza

Podsumowanie FET vs. MOSFET

JFET i MOSFET to dwa najbardziej popularne tranzystory polowe powszechnie stosowane w układach elektronicznych. Zarówno JFET, jak i MOSFET są sterowanymi napięciem urządzeniami półprzewodnikowymi używanymi do wzmacniania słabych sygnałów przy użyciu efektu pola elektrycznego. Nazwa sama wskazuje na atrybuty urządzenia. Chociaż mają wspólne cechy odpowiadające wzmacnianiu i przełączaniu, mają one sprawiedliwy udział w różnicach. JFET działa tylko w trybie wyczerpania, podczas gdy MOSFET działa zarówno w trybie wyczerpania, jak i w trybie wzbogacania. MOSFET są wykorzystywane w obwodach VLSI ze względu na ich kosztowny proces produkcyjny, w porównaniu z tańszymi JFET, które są głównie wykorzystywane w aplikacjach o małym sygnale.