2015年10月01日

資料・技術情報

FETとは?−トランジスタとの違い/等価回路

主なJ-FET商品一覧へ 主なMOS-FET商品一覧へ 主なNチャネル・Pチャネル商品一覧へ

 

電界効果トランジスタ(FET)

★トランジスタとの違い

トランジスタとFETは図1のように動作原理が異なります。 

  トランジスタ → ベースに電流を流すことにより動作
  FET → ゲート・ソース間に電圧を加えることで動作

 

このことは言い方を変えると

  トランジスタ → 電流制御型の素子
  FET → 電圧制御型の素子

トランジスタとFETはどちらも増幅用またはスイッチング素子として用いられますが、 トランジスタはベースに電流が
流れますので、ベース・エミッタ間には なんらかの抵抗分が存在することになります。
これに対しFETのゲートにはほとんど電流が流れませんので、 ゲート・ソース間の抵抗分はかなり大きな値になります。

今回は「増幅用」としてのFETの使い方およびデバイスについて解説します。

 

★接合型FETとMOS-FET

FET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)はその構造により、
接合型FETとMOS型FETに分類されます。

接合型FETは英語ではJunction FETです。(以下J-FETと呼びます) MOS型FETはMetal Oxide
Siliconの略で以下、MOS-FETと呼びます。

図3、図4にJ-FET、MOS-FETの回路シンボルと伝達特性を示します。

それぞれ、pチャネル、nチャネルがあり、これはトランジスタのPNP、NPNに相当します。

 pチャネル → PNP
 nチャネル → NPN

図3、図4の伝達特性はいずれもゲート・ソース間電圧VGSを変化することにより ドレイン電流が変化しています。
このことはゲート電圧を操作することにより 増幅またはスイッチ動作を行うことが出来ることを意味します。

 

 

FETの等価回路

★等価回路

図5 a ) に「ソース接地増幅回路の原理図」を示します。RDはドレイン電流の変化分を 電圧に変換するための
負荷抵抗で、-VGSはFETを動作させるためのバイアス電源です。

b ) はソース接地のFETの等価回路です。FETの入力抵抗risは大きな値なので、 これを無視して c )
の等価回路で表現しても良いです。 (結局、FETのゲートはどこにも接続されていない状態と考えて可)

gmとは「相互コンダクタンス」のことで図6のように「ある微少区間におけるVGSとIDの変化分」で、 これに入力信号
viをかけたもの(電流)がドレインに流れます。

図5 a )
のRG,RDを含んだ等価回路を図7に示します。(risは無視)
出力電圧Voはドレインとソース(GND)間になり、この電圧はgm・Viの電流が rdoとRDの並列合成抵抗を流れたときの電圧です。

 

したがって、Voは

Vo = -gm・V i・(rdo // RD) です。

ここでマイナスの符号がついているのはViの位相と逆になることを表わしています。
(Viが増加するとgm・Viの電流が増加し、これによって発生する電圧Voは減少する)
増幅度Avは入力Viと出力Voの比ですから、

rdo >> RD の条件であれば

 
また、図8のように実際の回路は次段の負荷RLがありますので、 コンデンサのインピーダンスをゼロとし、rdoを無視すれば

このようにgmに抵抗をかけたものが電圧増幅度になります。

 

 

 

ページトップへ