|
เฟต
(FET)
เฟตเป็นทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่ง มีโครงสร้าง แตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์
ทั่วไป และมี ข้อดี กว่าทรานซิสเตอร์ทั่วไปหลายประการ คือต่อขยายหลายภาคได้ดี
ทํางานที่ อุณหภูมิ สูงได้ ดี มีสัญญาณรบกวนต่ำ มีอิมพีแดนซ์สูง เป็นต้น
เฟตแบ่งออกได้ 2 ประเภท คือ JFET และ MOSFET และโครงสร้างมี 2 ชนิด
คือ P แชนแนลและ N แชนแนล MOSFET ยังแบ่งย่อยออกได้เป็นดีพลีชัน MOSFET
และเอนฮานซีเมนต์ MOSFET, JFET นั้นส่วนของเกตเดรนและซอส ถูกต่อถึงกันทั้งหมด
การจ่ายไบอัสให้ JFET ทํางาน ต้องจ่ายไบอัสตรงให้ขา S จ่ายไบอัสกลับให้ขา
D กับขา G เทียบกับขา S JFET ทํางานเหมือนหลอดสุญญากาศดีพลีชัน MOSFET
ส่วนของเกตถูกแยกออกต่างหากส่วนเดรนและซอส โดยใช้ฉนวน SiO2 คั่นไว้
ส่วนของเดรนและซอสถูกต่อถึงกันด้วยฐานรอง ( SS ) ที่เป็นสารกึ่งตัวนําชนิดเดียวกับส่วนเดรนและซอส
การจ่ายไบอัสให้ ดีพลีชัน MOSFET ต้องจ่ายไบอัสตรงให้ขา S จ่ายไบอัสกลับให?ขา
D กับขา G เทียบกับขา S เหมือนการจ่ายไบอัสให้ JFET เอนฮานซ์เมนต์
MOSFET มีโครงสร้างเหมือนกับดีพลีชัน MOSFET แตกต่างเล็กน้อยในส่วนของเดรนและซอสที่ไม่ต้อถึงกัน
การจ่ายไบอัสให้เอนฮานซ์เมนต์ MOSFET จ่ายไบอัสตรงให้ขา G กับขา S
เทียบกัน และจ่ายไบอัสกลับให้ขา D ทําให้การทํางานของเอนฮานซ์เมนต์
MOSFET
เหมือนการทํางานของทรานซิสเตอร์ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์เฟต
( FET ) มาจากชื่อเต็มว่า ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์( Field Effect Transistor
) เป็นอุปกรณ์สาร
กึ่งตัวนําชนิดขั้วเดียว ( Unipolar ) มีลักษณะโครงสร้างและหลักการทํางานแตกต่างไปจากทรานซิสเตอร์เพราะทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนําชนิดสองขั้ว
การทํางานของทรานซิสเตอร์ต้องอาศัยกระแสช่วยควบคุมการทํางาน ทั้งกระแสอิเล็กตรอนและกระแสโฮลเฟตเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนําอีกชนิดที่นิยมนํามาใช้งานในการขยายสัญญาณ
และใช้งานในหน้าที่ต่าง ๆ เช่นเดียวกับ ทรานซิสเตอร์นับวันเฟตยิ่งมีบทบาทเพิ่มมากขึ้นในการนําไปใช้งาน
เพราะเฟตมีคุณสมบัติหลายประการดีกว่าทรานซิสเตอร์สรุปเป็นข้อ ๆ ได้ดังนี้
ขบวนการผลิตเฟตสามารถนําไปใช้การผลิต IC ได้
เฟตสามารถต่อขยายสัญญาณแบบหลายภาคได้ดี
เฟตทํางานที่อุณหภูมิสูงได้ดีกว่าทรานซิสเตอร์
สามารถสร้างเฟตให้มีขนาดเล็กลงได้มากกว่าทรานซิสเตอร์
เฟตไม่มีผลต่อแรงดันต้านภายในเมื่อนําไปใช้เป็นสวิตช์
อุณหภูมิมีผลต่อการทํางานของเฟตน้อยกว่าทรานซิสเตอร์มาก
คุณสมบัติโครงสร้างบางชนิดของเฟตสามารถสร้างให้มีความไวในการทํางานได้ดีกว่าทรานซิสเตอร์
เฟตมีสัญญาณรบกวนต่ำกว่าทรานซิสเตอร์จึงเหมาะสมกับการใช้งานในภาคขยายสัญญาณอัตราขยายต่ำ
อิมพีแดนซ์ทางอินพุตของเฟตสูงประมาณ 100 M ? มากกว่าในทรานซิสเตอร์มาก
ซึ่งมีค่าเพียงประมาณ 2 k ? เท่านั้น
การทํางานของเฟต ต้องใช้แรงดันในการควบคุมกระแสเหมือนกับการทํางานของหลอดสุญญากาศนั่นคือ
กระแสจะถูกควบคุมด้วยสนามไฟฟ้าที่เกิดจากแรงดัน สิ่งนี้เองเป็นเหตุให้สิ่งประดิษฐ์สารกึ่งตัวนํานี้มีชื่อเรียกว่า
ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์ซึ่งมีความหมายว่า ทรานซิสเตอร์ที่ทํางานเนื่องจากผล
ของสนามไฟฟ้า
ทําอย่างไรจึงจะรู้ว่า FET ใช้ได้หรือไม่
ก่อนอื่นต้องขอบอกให้ผู้อ่านรู้เสียก่อนว่า FET นั้นคืออะไร คําว่า
FET นี้ย่อมาจาก Field Effect Transistor เป็น ทรานซิสเตอร์แบบหนึ่ง
ใช้หลักการของสนามไฟฟ้าที่ได้จาก gate มาเป็นตัวควบคุมการไหลของกระแสไฟระหว่าง
drain และ source คราวนี้มาถึงคําที่ว่า ทําอย่างไรจึงจะรู้ว่า FET
ใช้ได้หรือไม่ บางท่านอาจจะตอบได้ทันทีว่า ก็เอาไป เช็คซิ ถ้าตอบแบบนี้ผู้เขียนรู้สึกว่าจะเป็น
คําตอบที่ยียวนเกินไป ผู้เขียนมีจุดประสงค์อยากจะให้ผู้อ่านหรือช่าง
อิเล็กทรอนิกส์ทั่วไป ได้รู้วิธีเช็ค FETไม่ให้ชํารุดเสียหาย ผู้เขียนรู้ว่าช่าง
ส่วนมากจะเช็คทรานซิสเตอร์แบบธรรมดา เป็นทุกคน และก็แน่ใจ
ว่าส่วนมากอีกเช่นกันที่ไม่รู้วิธีเช็ค FET
การเช็ค FET ค่อนข้างจะยุ่งยากกว่าการเช็คทรานซิสเตอร์แบบธรรมดา ก่อนเช็คจะต้องรู้ข้อมูลต่อไปนี้เสียก่อน
คือ
1. FET นั้นเป็นแบบใด JFET หรือ MOSFET
2. ถ้าเป็น JFET เป็นแบบ N - Channel หรือ P - Channel
3. ถ้าเป็น MOSFET เป็นแบบ Enhancement หรือ Depletion
ข้อควรระวังเป็นพิเศษก็คือ อย่าพยายามถอดประกอบหรือแตะต้อง FET เว้นแต่ว่า
FET นั้นเป็นแบบJFET หรือ Insulated - gate - Protected MOSFET เพราะถ้าเป็นแบบอื่น
นอกจากที่กล่าวมามานี้จะชํารุดเสียหายจากไฟฟ้า สถิตได้ง่าย โดยเฉพาะเมื่ออากาศแห้ง
เช่น ฤดูหนาว แผงวงจรที่มีอุปกรณ์พวกนี้อยู่จะมีป้ายเตือนติดไว้เสมอ
เพื่อให้ผู้เกี่ยวข้องได้ระมัดระวัง จะมีตัวอักษร ESD เขียนบอกไว้โดยมากจะมีพื้นสีเหลืองตัวอักษรสีดํา
โดยเฉพาะ Uninsulated - gate - Protected MOSFET แล้ว จะ
ชํารุดเสียหายทันทีถ้าไม่ระมัดระวังในการจับถือ แต่เมื่อจําเป็นต้องจับถือหรือถอด
ประกอบเข้าในวงจรแล้ว ต้องเพิ่มความระมัดระวังดังนี้
1. ก่อนที่จะประกอบลงในวงจรหรือขณะเก็บรักษาไว้หรือยังไม่ได้ใช้จะต้องทําการลัดวงจรทุกขาให้ถึงกันหมดเสียก่อน
ด้วยเหล็กสปริงที่ติดมากับตัว MOSFET จากโรงงานผู้ผลิต หรือด้วยแผ่นโฟมที่เป็นตัวนําก็ได้ห้ามใช้พลาสติกแบบ
ที่ทําให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ง่ายเข้ามาใกล้เป็นอันขาด เช่น สารจําพวกPolystyrene
2. ถ้าจะจับ MOSFET ออกจากวงจรด้วยมือแล้ว มือจะต้องสัมผัสอยู่กับศักย์ไฟฟ้าที่เป็นดิน
( ground)ตลอดเวลา ใช้สายโลหะที่เป็นตัวนํา เช่น สายนาฬิการัดข้อมือไว้แล้วต่อสายที่เป็นตัวนําไปคีบกับ
ground
3. ปลายหัวแร้งที่ใช้บัดกรีจะต้องต้อลงดินด้วยเสมอ และหัวแร้งควรเป็นชนิดที่ใช้ไฟ
DC จะยิ่งดีห้ามถอดประกอบ MOSFET เข้าในวงจรขณะมีไฟเลี้ยงอยู่
ต่อไปนี้จะเป็นวิธีการเช็ค JFET และ MOSFET แบบง่ายที่สุด โดยจะเช็คความต้านทานทางตรง
(forward resistance) และความต้านทานในทางกลับ ( reverse resistance)
เท่านั้น ก็เพียงพอที่จะรู้ว่า FETนั้นใช้ได้หรือไม่
วิธีเช็ค FET
1. วัดความต้านทานทางตรงของ FET แบบ N - Channel โดยใช้มาตรวัดความต้านทานที่ใช้แบตเตอรี่กําลังดันต่ำ
ให้ตั้งระยะไว้ที่ย่าน Rx100 ต้อขั้วบวก (+) ของสายมาตรวัดเข้ากับ
gate ขั้วลบ (-) เข้าที่drain หรือ source ถ้าเป็นแบบ P - Channel
ให้ต่อสายมาตรวัดรงกันข้ามกับที่กล่าวมาแล้ว มาตรวัดควร
ชี้ค่าความต้านทานที่ไม่ต่ำจนเกินไป
2. วัดความต้านทานทางกลับของ JFET แบบ N - Channel โดยต่อขั้วลบ (-)
ของสายมาตรวัดความต้านทานเข้าที่ gate ขั้วบวก (+) เข้าที่ drain หรือ
source มาตรวัดควรชี้ค่าความต้านทานสูงมาก ( แสดงว่าใช้ได้) ถ้าชี้ค่าต่ำเกินไป
แสดงว่ารอยต่อในตัว FET รั่วหรือลัดวงจร ( แสดงว่าใช้ไม่ได้) ถ้าเป็นแบบ
P
- Channel ให้ต่อสาย มาตรวัดตรงข้ามกับที่กล่าวมาแล้ว
วิธีเช็ค MOSFET
การวัดค่าความต้านทานทางตรงและทางกลับ สามารถทําได้โดยใช้มาตรวัดความต้านทานที่ใช้แบตเตอรี่กําลังดันต่ำ
การต่อสานมาตรวัดก็เช่นเดียวกับวิธีเช็ค JFET แต่ต้องใช้ระยะย่าน Rx1000
หรือระยะสูงสุด MOSFET แบบ Insulated - gate - Protected จะมีความต้านทานทางเข้าสูงมาก
ฉะนั้นมาตร
วัดจะชี้ค่าความต้านทานสูงมาก ทั้งค่าความ ต้านทานทางตรงและทางกลับ
(แสดงว่าใช้ได้) ถ้ามาตรวัดชี้ค่าความต้านทานต่ำเกินไป แสดงว่ามีการรั่วของฉนวน
ที่กั้นระหว่าง gate กับ drain หรือ source ( แสดงว่าใช้ไม่ได้) จะเห็นว่าไม่ยากเลยที่จะเช็ค
FETผู้เขียนหวังเป็นอย่าง มากว่า วิธีเช็ค FET แบบนี้ จะช่วยให้ช่างอิเล็กทรอนิกส์ที่สนใจทุกท่าน
นําเอาไปใช้ประโยชน์ได้ไม่มากก็น้อยชนิดและประเภทของ เฟตในปัจจุบันเฟตได้ถูกพัฒนาให้สามารถทํางานและใช้งานกับอุปกรณ์หลายชนิดมากขึ้น
ตัวเฟตเองก็ถูก
พัฒนาให้มีหลายประเภทและชนิดมากขึ้น เพื่อให้สามารถนําไปใช้งานได้เฉพาะเจาะจงมากขึ้น
เกิดคุณภาพและประสิทธิภาพในการทํางานมากขึ้น เฟตที่สร้างมาใช้งานแบ่งออกได้เป็น
2 ประเภท ดังนี้
จังชันฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์
( Junction Field Effect Transistor )หรือเรียกย่อ ๆ ว่า เจเฟต ( JFET
) แบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด คือชนิดพีแชนแนล ( P-Channel ) และชนิดเอ็นแชนแนล
( N-Channel )
เมทอลออกไซด์เซมิคอนดักเตอร์ฟิลด์เอฟเฟคทรานซิสเตอร์( Metal Oxide
Semiconductor Field Effect Transistor ) หรอเรียกย่อ ๆ ว่า มอสเฟต
( MOSFET ) แบ่งย่อยออกได้เป็น 2 แบบ คือ
ดีพลีชันมอสเฟต ( Depletion MOSFET ) หรือ D MOSFET แบ่งออกได้2
ชนิดคือ P แชนแนล และชนิด N แชนแนล
เอนฮานซ์เมนต์มอสเฟต ( Enhancement MOSFET ) หรือ E MOSFET แบ่งออกได้เป็น
2 ชนิด คือ
ชนิด P แชนแนล และชนิด N แชนแนล เจเฟตชนิดเอ็นแชนแนล
JFET ชนิด N แชนแนลแบบเบื้องต้น ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนําชนิด N เป็นสารกึ่งตัวนําตอนใหญ่และมีสารกึ่งตัวนําชนิด
P ตอนเล็กสองตอน ประกอบร่วมด้านข้าง ใช้การต่อเชื่อมกันแบบแพร่กระจาย
(Deffused ) โครงสร้างและสัญลักษณ์แสดงดังรูป
จากรูป
เป็นโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ JFET ชนิด N แชนแนล รูป (ก) เป็นโครงสร้างของ
JFET ชนิด N แชนแนล ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนําตอนใหญ่ชนิด N มีขาต่ออกมาใช้งาน
2 ขา คือ ขาเดรน (Drain ) หรือ D และขาซอส ( Source ) หรือ S ส่วนของเดรนและซอสนี่เองเป็นส่วนที่บอกถึงแชนแนลของ
JFET และด้านข้างมีสารกึ่งตัวนําชนิด P ตอนเล็ก 2 ตอน ประกอบร่วมอยู่
มีขาต่อออกมาเป็นขาเกต ( Gate ) หรือ G
ส่วนรูป
(ข) เป็นสัญลักษณ์ของ JFET ชนิด N แชนแนล มีหัวลูกศรชี้เข้าแสดงไว้ที่ขาเกต
บอกให้ทราบว่าขาเกตเป็นสารชนิด P ( Positive ) (ใช้หลักการท่องจําบวกเข้า
ลบออก เช่นเดียวกับทรานซิสเตอร์) ซึ่งจะเป็นสารชนิดตรงข้ามกับขาเดรนและขาซอสการจ่ายไบอัสที่ถูกต้องให้JFET
ต้องจ่ายไบอัสดังนี้ จ่ายไบอัสตรงให้ขา S จ่ายไบอัสกลับให้ขา D กับ
ขา G เทียบกับขา S ลักษณะวงจรไบอัสเบื้องต้น แสดงดังรูป
จากรูป
เป็นวงจรไบอัสเบื้องต้นของ JFET ชนิด N แชนแนล การทํางานของวงจรอธิบายได?ดังนี้
ถ้าจ่ายไบอัสให?เฉพาะขา D กับขา S ด?วยแรงดัน VDD จะมีกระแสเดรน
(
ID ) ไหลผ่านระหว่างขา D กับขา Sสูงมากกว่าค่าหนึ่ง กระแส ID ไหลคงที่ตลอดเวลา
นั่นคือ JFET ทํางาน เมื่อจ่ายแรงดัน VGG เป็นลบให้ขา G เทียบกับขา
S เป็นการจ่ายไบอัสกลับให้รอยต่อขา G กับขา S เหมือนกับการจ่ายแรงดันไบอัสให้กับไดโอด
ทําให้เกิดดีพลีชันริจินขึ้นระหว่างรอยต่อ PN ดีพลีชันริจินนี้เป็นตัวขัดขวางการไหล
ของกระแส
ID ที่ไหลระหว่างขา D กับขา S ให้ไหลได้น้อยลง ยิ่งจ่ายไบอัสกลับให้ขา
G มากขึ้น ดีพลีชันริจินระหว่างรอยต่อ PN ยิ่งขว?างขึ้น ยิ่งเกิดการต?านกระแส
ID ให้ไหลน้อยลง นั่นคือเกิดค่าความต้านทานระหว่างขา D กับขา S มีค่ามากขึ้น
ค่าความต้านทานนี้จะเปลี่ยนแปลงไปตามค่าแรงดันไบอัสกลับที่ขา G กับขา
S ทําให้กระแส ID ไหลเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย กระแส ID ที่ไหลเปลี่ยนนี้สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน
VGG
เจเฟตชนิดพีแชนแนลJFET ชนิด P แชนแนลเบื้องต้น ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนําชนิด
P เป็นสารกึ่งตัวนําตอนใหญ่ และมีสารกึ่งตัวนําชนิด N ตอนเล็กสองตอน
ประกอบร่วมด้านข้างใช้การเชื่อมกันแบบแพร่กระจาย โครงสร้างและสัญลักษณ์แสดงดังรูป
จากรูป
เป็นโครงสร้างและสัญลักษณ์ของ JFET ชนิด P แชนแนล ซึ่งคล้ายกับชนิด
N แชนแนลแตกต่างเพียงใช้สารกึ่งตัวนําชนิดตรงกันข้าม และสัญลักษณ์มีหัวลูกศรชี้ออกที่ขา
G เป็นการบอกให้ทราบว่าขา G เป็นสารกึ่งตัวนําชนิด N ( Negative )
ซึ่งจะเป็นสารชนิดตรงข้ามกับขา D กับขา S การจ่ายไบอัสที่ถูกต้องให้
JFET ชนิด P แชนแนล ต้องจ่ายไบอัสในลักษณะเดียวกับชนิด N แชนแนล คือจ่ายไบอัสตรงให้ขา
S จ่ายไบอัสกลับให้ขา D กับขา G เทียบกับขา S ลักษณะวงจรไบอัสเบื้องต้น
แสดงดังรูป
จากรูป
เป็นวงจรไบอัสเบื้องต้นของ JFET ชนิด P แชนแนล การทํางานของวงจรอธิบายได้ดังนี้
ถ้าจ่ายไบอัสให้เฉพาะขา D กับขา S ด้วยแรงดัน VDD จะมีกระแส ID ระหว่างขา
S กับขา D สูงมากค่าหนึ่ง มีค่ากระแสคงที่ตลอดเวลา นั่นคือ JFET ทํางานเมื่อจ่ายแรงดัน
VGG เป็นบวกให้ขา G เทียบกับขา S เป็นการจ่ายไบอัสกลับให้รอยต่อขา
G กับขา S เหมือนกับการจ่ายไบอัสกลับให้ไดโอด ทําให้เกิดแบตเตอรี่สมมติหรือดีพลีชันริจินขึ้นระหว่างรอยต่อ
PN ดีพลีชันริจินนี้เป็นตัวขัดขวางการไหลของกระแส ID ที่ไหลระหว่างขา
S กับขา D ให้ไหลน้อยลง ยิ่งจ่ายไบอัสกลับให้ขา G มากขึ้น ดีพลีชันริจินระหว่างรอยต่อ
PN จะยิ่งกว้างขึ้นยิ่งเกิดการต้านกระแส ID ให้ไหลน้อยลงไปอีก นั่นคือเกิดความต้านทานระหว่างขา
D กับขา S ค่าความต้านทานนี้เปลี่ยนแปลงตามไปด้วย กระแส ID ที่ไหลเปลี่ยนแปลงนี้
สามารถควบคุมได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดัน
VGG
|
