Schaltungstechnik

360 6 Funktionsschaltungen mit FETs
6.1.1 Eigenschaften von Sperrschicht-Feldeffekttransistoren
Behandelt wird der physikalische Aufbau, das Kennlinienverhalten, Modelle und
Modellparameter für Sperrschichtfeldeffekttransistoren. Das nachstehende Bild
6.1-2 zeigt das Symbol eines N-Kanal bzw. eines P-Kanal JFET mit der physikalischen
Ersatzanordnung. Die äußeren Anschlüsse sind Gate (G), Source (S) und
Drain (D). Die physikalische Ersatzanordnung besteht aus der Gate-Source-Diode,
der Gate-Drain Diode und einer spannungsgesteuerten Stromquelle. Der Feldeffekt
erfordert, dass in einer konkreten Anwendung beide Dioden gesperrt sind. Die
Gate-Source-Spannung UGS muss also immer so gerichtet sein, dass die zugehörige
Diodenstrecke gesperrt ist. Gleiches gilt für die Gate-Drain-Diode, ansonsten
ist der, der gesteuerten Stromquelle zugrundeliegende Feldeffekt, nicht wirksam.
Zur Ausbildung des eigentlichen Feldeffekts (Verstärkereigenschaft im „Stromquellen“-Betrieb)
muss zudem die Drain-Source-Spannung UDS hinreichend groß
sein.
)
D
a)
D ID ID = fU GS, UDS G U G
DS
UGS S
UGS S
b)
G
UGS D
S
I D
U SD
G
U GS
Bild 6.1-2: Symbol und physikalische Ersatzanordnung a) eines N-Kanal JFET und b) eines
P-Kanal JFET
Zum besseren Verständnis wird der stark vereinfachte schematische physikalische
Aufbau eines N-Kanal JFET betrachtet. Der Feldeffekttransistor besteht aus
zwei pn-Übergängen, nämlich zwischen Gate und Source, sowie zwischen Gate
und Drain. Das Gebiet zwischen Source und Drain wird mit „Kanalgebiet“ gekennzeichnet.
Der Feldeffekt beruht auf der Steuerung der Raumladungszonen (RLZ)
im Kanalgebiet auf Basis der gesperrten pn-Übergänge. Bild 6.1-3 zeigt den physikalischen
Aufbau und die idealisierte Kanalzone zwischen Gate und Drain mit
Ausbildung einer Raumladungszone. Die Schwellspannung oder Abschnürspannung
U p ist diejenige Sperrspannung zwischen Gatezone und Kanalzone, ab der
sich die Raumladungszonen über die gesamte Kanallänge berühren, der Feldeffekttransistor
ist gesperrt.
D
S
I D
=
fU GS, UDS