電界効果トランジスタの動作原理 トランジスタを用いた回路のバイアス 電子回路Ⅰ 第４回(2008/10/27) 電界効果トランジスタの動作原理 トランジスタを用いた回路のバイアス
今日の内容 電界効果トランジスタ(FET)とは？ FETの種類 接合型FETの構造 接合型FETの動作原理 MOSFETの構造 バイアス回路
バイポーラトランジスタでは、ベース電流によってコレクタ電流を制御 電界効果トランジスタとは？ 電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor) 電界によってキャリア（電子、正孔）の流れる経路を変化させて、電流量を制御する素子 原理的には電界（＝電圧）のみ印加 バイポーラトランジスタでは、ベース電流によってコレクタ電流を制御
FETの種類 接合型FET キャリアの移動する経路の幅を変化させて、電流を制御 MOSFET キャリアの密度を変化させて、電流を制御 集積回路、メモリなどで頻繁に利用されている どちらのタイプでもエンハンスメント型とデプレーション型がある
接合型FETの構造（nチャネル） ゲート ソース ドレイン
pn接合（前回の資料より） 接合直前 接合後 接合直後 アクセプタイオン ドナーイオン p n 空乏層 （空間電荷層） 電位 拡散によりキャリアが移動する 位置
pn接合に逆バイアスを印加 p n 空乏層 （空間電荷層） バイアスを印加することにより、キャリアの存在できない領域を制御できる 電位 位置
接合型FETの動作原理 ゲート電圧(VGS)によってチャネル幅を制御 VGSは逆バイアスなので、ゲート－ソース間に電流は流れない ゲート ドレイン ソース
MOSFETの構造（nチャネル） MOS ・・・ Metal – Oxide - Semiconductor
ゲート電圧とチャネル VG<0 蓄積モード 0<VG<VT 空乏モード VG>VT 反転モード VTのTはthresholdの頭文字 VG<0 蓄積モード 0<VG<VT 空乏モード VG>VT 反転モード
MOSFETの動作原理 ゲート電圧(VGS)によってキャリア密度を制御 酸化膜（絶縁）があるので、ゲート－ソース間に電流は流れない
nチャネルとpチャネル キャリアは電子 キャリアは正孔 電流の担い手は電子または正孔 ・・・ ユニポーラトランジスタ
エンハンスメント型とデプレーション型 VGS増加でID増加 VGS増加でID減少
nチャネル、pチャネル、エンハンスメント型、デプレーション型
VGSとIDの関係は 入力と出力の関係はどのように定義するか？ バイポーラトランジスタでは a,b：電流増幅率 FETでは C B RL IE 入力 IB 出力 IC VCE VBE バイポーラトランジスタでは a,b：電流増幅率 FETでは gm ：相互コンダクタンス 傾き=gm
FETの回路記号 教科書の記号は古い 現在は○なし G2はSと同電位にすることが多い FET バイポーラTr ゲート ベース ゲート ベース ソース エミッタ ドレイン コレクタ
FETの基本的なバイアス回路 ゲートには逆バイアスを印加 ゲート電流は流れない ドレイン電流IDは次式で近似できる IDSS：VGS=0におけるドレイン電流 VP：ピンチオフ電圧 n=1.5～2
バイアス回路 なぜバイアス回路が必要か？ 微小信号iBを入力したとき、VBEに重畳して増幅する IBは交流信号（であることが多い） トランジスタ、FETは負の電流は流せない 直流に交流を重畳して増幅 出力iCRC 入力iB
入力と出力の関係 （ダイオードの場合） 出力 入力
動作点の決め方 右の回路でどのようにR1を決めるか？ 使用するトランジスタの特性表を参照 出力の仕様（電力）によって抵抗RCと電源でVCCが決まる 負荷線の式 使用したい中心のICの値を決める 動作点
FETのバイアス回路（2電源の場合） （nチャネル、デプレーション型） ゲート電流は流れない(IG=0)ので、 RGの値は任意 負荷線
FETのバイアス回路（1電源の場合） （nチャネル、デプレーション型） ゲートバイアス用抵抗
FETのバイアス回路 （nチャネル、エンハンスメント型） R1とR2の比でゲート電圧を決める
FETのバイアス回路 （デプレーション、エンハンスメント） RSを入れると + + - - RS、 R1、 R2の選び方によって、 VGSは＋にもーにもできる
例題 右図において、IDSS=10mA、VP=－0.80V、n=2.0のJFETをID=2.0mA、VDS=5.0Vで動作させたい。このときの回路定数（RD、RS）を求めよ。但しVG=2.0Vとする。 RD VDS 12V VGS VG RS