23장. 접합형 전계효과 트랜지스터와 그 특성곡선

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23장. 접합형 전계효과 트랜지스터와 그 특성곡선에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

1-5로부터 게이트-소스 전압이 변함에 따라 항복전압이 바뀌고있음에도 주의해야 한다. 실제로 타당한 선형 신호증폭기를 얻기 위해서는 전체 특성 곡선중에서 비교적 적은 구간만을 사용해야 하며―가장 선형적인 영역은 활성 영역 내에 있게 된다.
그림 1-5에서 가 0으로부터 증가하면 꺾어지는 점이 생기며, 이 이후부터는 가 계속 증가하여도 드레인 전류는 아주 적게 증가할 뿐임을 알 수 있다. 이 드레인 -소스 전압값에서 핀치오프가 일어난다. 이러한 피치 오프 전압값을 점선으로 연결하여 이것으로 저항성 영역과 활성 영역으로 구분하고 있다. 가 계속 증가하여 꽤 큰 값이 되면 눈사태 항복(avalanche breakdown)이 일어나는 점에 도달하게 된다(이 현상은 다이오드와 BJT에서도 일어난다). 항복점에서는 거의 무시할 만한 의 증가에도 는 급격히 증가한다. 항복은 게이트-채널 접합의 드레인 끝쪽에서 발생된다. 즉, 드레인-게이트 전압 가 pn접합의 항복전압 이상이 되면 눈사태현상이 일어난다. 이 점에서 그림 1-5의 오른쪽에서 보이는 것처럼 급격한 변화를 나타내게 된다.
핀치 오프와 항복 사이의 이 영역을 활성영역(active region), 증폭동작영역(amplifier operating region), 포화영역(saturation region), 또는 핀치 오프 영역(pinch-off region)이라고 부른다. 저항성 영역(핀치 오프 이전)은 전압제어 영역(voltage-controlled region)이라고 부르기도 하며 FET를 가변저항으로 사용할 때에는 이 영역에서 동작시킨다.
항복전압은 와 마찬가지로 의 함수이기도 하다. 게이트와 소스 사이의 전압 크기가 증가하면(n채널의 경우 더욱 음, p채널의 경우 더욱 양), 항복전압은 감소한다. 이면 드레인 전류는 0이 되며(적은 누설 전류가 있음), 이면 드레인 전류는
로 포화된다. 는 포화 드레인-소스 전류이다.
핀치 오프와 항복 사이에서 드레인 전류는 포화되며, 의 함수로서의 변화는 거의 없다. FET가 핀치 오프점을 지나면, 의 값은 특성 곡선에서 얻어지거나 다음 식으로 얻어진다.
더욱 정확한 식의 형태는 다음과 같으며
이 때 은 쌍극성 트랜지스터의 얼리전압과 유사하다.
Q-점에서 특성곡선의 기울기가 로 정의되고, 는 트랜지스터를 모델링한 전류원의 전원임을 상기하라. 는 적기 때문에 는 거의 0으로 가정하면 식의 두 번째 항을 생략할 수 있다.
포화 드레인-소스 전류 는 온도의 함수이다. 에 대한 온도의 영향은 크지 않다. 그러나 는 온도증가에 따라 감소하며 100。C 증가에 대한 25%정도 감소한다. 제조과정에서의 아주 적은 변화도 와 에 큰 변화를 일으킨다. 이것은 부록 D의 2N3822의 경우에 가 최대 10mA, 최소 2mA 임을 알 수 있다.
이 절에서의 전압-전류 관계는 N채널에 대한 것이었으며 P채널에 대한 것은 앞에서 다룬 것의 반대로 적용하면 된다.
4. 접합 전계-효과 트랜지스터(JFET)
JFET의 특성이 있는데, 그중에서 우리가 주목할 만한 것은 높은 입력 저항이다. 그러나, 불행하게도, MOSFET가 JFET보다 한층 더 높은 입력 저항을 가진다. 이점과 MOS 트랜지스터의 다른 여러 장점들 때문에, MOS 기술이 초대규모 집적 회로들을 실현하는 기술로 선택되어 왔다는 사실에 주목해야 한다.
1) 소자 구조
이 JFET는 n형 실리콘 평판과 그것의 양쪽 측면에 확산된 p형 영역들로 구성된다. 여기서 n영역은 채널이고, p영역들은 전기적으로 함께 접속되어 게이트를 형성한다. 소자동작은 게이트와 채널 사이의 pn접합을 역바이어스시키는 것에 기초를 두고 있다.
2) 물리적인 동작
JFET가 단순히 가 작 작기 때문에, 채널은 거의 균일한 폭을 가질 것이다. 이제 우리는, 이 상황에서는, JFET가 단순히 에 의해 그 값이 제어되는 저항처럼 동작한다는 것을 알 수 있을 것이다. 를 마이너스 방향으로 계속 증가시키면, 공핍 영역이 채널 전체를 차지하는 어떤 값에 도달할 것이다. 이 의 값에서는, 채널의 전하 캐리어들이 완전히 고갈되어, 채널이 사실상 없어질 것이다. 따라서 이 의 값이 소자의 문턱 전압 이고, 이 문턱 전압은 n-채널 JFET인 경우 분명히 마이너스일 것이다.
3) 전류 전압 특성
JFET 특성들은 MOSFET에 대해 사용했던 식들로 기술될 수 있다. 구체적으로, 를 로 명칭을 갈면, 우리는 다음과 같이 쓸 수 있을 것이다. 즉, n 채널 JFET는
일 때 차단된다. 여기서 는 마이너스이다. 소자를 도통시키려면, 다음 조건을 만족하는 게이트-소스간 전압와
프러스의 드레인-소스간 전압 를 인가해야 한다.
일 때, JFET는 트라이오드 영역에서 동작한다. 이 경우 드레인 전류는 다음 식으로 주어진다.
위의 식을 변경하면,
한편,
JFET는 포화 영역에서 동작한다. 이를 말로 표현하면, 다음과 같다. 즉, JFET가 핀치-오프 영역에서 동작하기 위해서는 드레인 전압이 게이트 전압보다 적어도 만큼 더 커야 한다. 핀치=오프에서 동작할 때에는, 드레인 전류가 다음과 같이 주어진다.
4) p=채널
p=채널 JFET의 전류-전압 특성식들은 n-채널 JFET의 그것들과 동일하다. 그러나 p-채널 JFET의 경우에는, 가 플러스, , 가 마이너스, λ와 가 마이너스, 그리고 전류가 드레인 단자로부터 흘러나온다. p-채널 JFET를 핀치-오프 영역에서 동작시키려면, 이어야 한다. 이는, 드레인 전압이 게이트 전압보다 적어도 만큼 더 낮아야 한다는 것을 의미한다.
실험 예상 결과
♠ 실험 장비 및 재료
DC power supply 2개
디지털 멀티미터, 전류계(0~10mA)
트랜지스터 2N5484(N채널 JFET)
SPST 스위치 2개
1. 회로를 구성하고 VGG는 제거한다. 게이트와 접지는 단락한다.
2. VDD의 출력은 0V로 하고 S1단락한다. ID를 측정하여 표에 기록한다.
3. VDD=0.5V로 조정하고 VGS=0V 일때 ID측정한다.
4. 표에 있는대로 VDS의 값에 대한 ID를 측정하라.
8. VGG를 다시 추가하고, VGS=-0.25V로 맞추고 실험을 표에 나온대로 한다.

키워드

접합형,   전계효과,   트렌지스터,   특성곡선