12.13 : Vorspannung von FETs

Die Vorspannung eines Junction-Feldeffekttransistors (JFET) ist entscheidend für die Einstellung der Betriebsparameter und die Gewährleistung einer effizienten Funktion in elektronischen Schaltkreisen. JFETs zeichnen sich durch die Verwendung eines einzelnen Trägertyps in N-Kanal- oder P-Kanal-Konfigurationen aus, wobei der Kanal von PN-Übergängen umgeben ist. Diese Übergänge sind für die Fähigkeit des Geräts, den Stromfluss zu steuern, von zentraler Bedeutung.

Bei einem N-Kanal-JFET besteht die Struktur aus N-Typ-Material, das den Kanal auf einem P-Typ-Substrat bildet, wobei das Gate aus P-Typ-Material besteht. Bei der Vorspannung dieses Typs wird eine negative Spannung an das Gate relativ zur Quelle angelegt. Diese negative Spannung stößt Elektronen im Kanal ab und erzeugt eine Verarmungszone, die den Kanal verengt und seine Leitfähigkeit verringert. Diese Manipulation der Kanalbreite steuert den Elektronenfluss und folglich den Strom.

Im Gegensatz dazu verfügt ein P-Kanal-JFET über einen P-Typ-Halbleiterkanal mit N-Typ-Gate-Material auf beiden Seiten. Bei dieser Struktur werden durch Anlegen einer positiven Gate-Spannung an den P-Typ-Kanal die Löcher abgestoßen, wodurch die Verarmungszone vergrößert und die Leitfähigkeit verringert wird. Diese Sperrvorspannung ist entscheidend für die Steuerung des Stroms durch das Gerät.

Eine effektive Vorspannung ist für JFETs, die als Schalter oder Verstärker verwendet werden, von grundlegender Bedeutung. Die angelegte Gate-Source-Spannung passt die Breite der Verarmungszone präzise an und steuert den Stromfluss durch den Kanal. Darüber hinaus beeinflusst die Vorspannung von JFETs auch Eigenschaften wie den AC-Drain-Widerstand, der typischerweise mehrere hundert Ohm beträgt, und Parameter wie Steilheit und Verstärkungsfaktor.

Eine richtige Vorspannung verhindert, dass der JFET in unerwünschten Zuständen wie Sättigung oder Abschaltung arbeitet, und optimiert so seine Leistung und Haltbarkeit in Schaltkreisen.