ترانزستور FET أو ترانزستور التأثير الحقلي هو ترانزستور ذو ثلاثة طرفيّات إلكترونيّة يتمُّ استخدامهُ للتّحكّم بتدفّق التيّار عبر الجهد المطبّق على بوّابته.

الطرفيّات الثلاثة هي:

• المنبع: وهو الطرفية التي تعبرها حاملات الشحنة دخولاً إلى القناة.
• المصرف: وهو الطرفية التي تعبرها حاملات الشحنة لتخرج من القناة.
• البوّابة: وهي الطرفيّة التي تتحكّم بالتّوصيل بين المنبع و المصرف.

لترانزستورات التاثير الحقلي تسمية أخرى ايضاً, فهي تُعرف بالترانزستورات أحاديّة القطبية, خلافاً لترانزستورات BJT ثنائيّة القطبيّة.

مع العلم أنَّ حاملات الشحنة في هذه النوع من الترانزستورات قد يكون الثّقوب الموجبة أو الإلكترونات السالبة, لكن عملية التوصيل لا يمكن أن تتم بوجود نوعين من حاملات الشحنة معاً بالطبع..

تمتاز ترانزستورات التأثير الحقلي بممانعة دخل مرتفعة عند التّرددات المنخفضة وعمليّة تشغيل فوريّة، كما أنّها تمتاز باستهلاك طاقة منخفض

إضافةً إلى تبديد طاقة قليل ممّا يجعلها مثاليّةً للاستخدام ضمن الدّارات التكامليّة.

رمز الترانزستور ذو التأثير الحلقي

يُظهر الشكل التالي رمزين لترانزستورات MOSFET  و JFET وهما النمطان الأساسيّان لترانزستورات التأثير الحقلي:

مبدأ عمل الترانزستور ذو التأثير الحلقي

يحتوي ترانزستور FET على حاملات شحنة, سواء إلكترونات أو ثقوب, والتي تتدفّق من المنبع إلى المصرف عبر قناة التوصيل, حيث يتحكّم بهذا التوصيل الجهد المطبق على البوابة.

قناة التوصيل المذكورة تتواجد بين المنبع و المصرف ويمكن أن تُصنّف من النوع N أو النوع  P.

لنأخذ على سبيل المثال ترانزستور JFET من النمط N , فإنَّ عمله سيكون بأحد حالتين:

الحالة الأولى:

في هذه الحالة يكون جهد البوابة صفراً, حيثُ يطبَّقُ جهدٌ بين المصرف و المنبع يدعى V_ds كما هو موضَّحٌ بالشكل:

في هذه الحالة فإنَّ وصلتي pn على طرفي اللوحة ستتسبّبان بتشكيل منطقة استنزاف, ولهذا فإنَّ الإلكترونات ستتدفّقُ من المنبع إلى المصرف عبر القناة التي تنحصرُ بين منطقتي الاستنزاف المجاورة لها.

إنَّ عرض القناة و التيار العابر لها يتحدّد بحجم منطقة الاستنزاف.

الحالةُ الثانية:

تزداد مساحة منطقة الاستنزاف عند تطبيق انحياز عكسي V_gs بين البوابة والمنبع, ممّا يسبّب تضيّقاً في القناة و ازدياداً في ممانعة التوصيل وبالتّالي فإنَّ التيار المار بين المنبع و المصرف سيتقلُّ قيمته.

على أيّة حال, فإنَّ هذه التّأثير عكوس, بمعنى أنّه عند خفض قيمة الانحياز العكسي المطبّق بين المنبع والجهد فإنَّ منطقة الاستنزاف ستنخفض مساحتها وبالتالي ستتوسع القناة وتزداد النّاقلية.

إنَّ عمل الترانزستور بقناة N مماثل لعمله عندما تكون القناة من النوع  P مع اختلاف واحد هو نوع حاملات الشحنة, حيث تكون حاملات الشحنة هي الإلكترونات عندما تكون القناة من النوع N  أما في حالة كانت القناة من النوع P  فإنَّ حاملات الشحنة هي الثقوب.

منحني الخواص

الشكل التالي يظهر منحني خواص ترانزستورات JFET:

• المنطقة الأوميّة: في المنطقة الأوميّة يكون الجهد V_gs مساوياً للصفر. الترانزستور JFET سيسلك سلوك مقاومة متحكم بها عبر الجهد وعندها تكون مساحة منطقة الاستنزاف صغيرة جدّاً.
• منطقة القطع: تدعى أيضاً بمنطقة القطع التّخصّري عندما يكون الجهد  V_gs كافياً لجعل الترانزستور يسلك سلوك قاطع مفتوح حيث تكون ممانعة مرور التيار عبر القناة في أقصى حالاتها.
• منطقة التّشبّع: تدعى منطقة التشبع أيضاً بمنطقة التنشيط حيث يكون توصيل الجهاز عالياً جدّاً, ويتمُّ التحكّم به عبر الجهد المطبّق بين المنبع و البوابة, في هذه الحالة يكون تأثير الجهد بين المصرف و المنبع تقريباً معدوماً.
• منطقة الانهيار: في هذه الحالة يكون الجهد عبر المنبع والمصرف V_ds كبيراً جدّاً لدرجة أنّه يسبّب انهيار الترانزستور ومرور تيّار أعظمي غير متحكّم به عبر القناة. يزداد تيار المصرف بشكل خطّي تناسباً مع الجهد على المنبع و المصرف V_ds , عندما يزداد تيار المصرف فإنَّ هبوط الجهد الأومي عبر منطقة القناة و المنبع سوف يحيّز الوصلة عكسيّاً, وبالنتيجة يبقى توصيل القناة ثابتاً. يدعى الجهد V_ds في هذه المرحلة بالجهد التخصّري.

أنواعه

ترانزستورات التأثير الحقلي لها نوعان أساسيّان:JFET  و MOSFET

تطبيقاته

يتم استخدام ترانزستورات التأثير الحقلي في التطبيقات التالية:

• قواطع تماثليّة.
• محدّدات تيّار.
• المضخّمات التعاقبيّة.
• القواطع المتناوبة.
• مذبذبات الإزاحة الطوريّة.
• وحدات الاتصال المتعدّد.
• المضخّمات.

• إعداد: المهندسة رهف النداف
• تدقيق: المهندس خليل محمود
• تحرير: المهندس بشار الحجي