[Chapter-11] FET (Field Effect Transistor, 전계효과 트랜지스터)
**FET(Field effect transistor)**은 전계 효과 트랜지스터의 약자로, 전기장을 이용하여 게이트의 전류 흐름을 조절하여 출력 전류를 제어하는 트랜지스터입니다. FET는 **BJT(Bipolar junction transistor)**와 함께 가장 널리 사용되는 트랜지스터 유형입니다.
1. FET의 기본 구조
FET(Field Effect Transistor)은 트랜지스터와 마찬가지로 세 개의 단자를 가지고 있으며, 각각 Source(소스), Gate(게이트), Drain(드레인)으로 불립니다. 기본적인 특성은 트랜지스터와 유사하지만, 트랜지스터가 베이스 전류로 콜렉터-에미터 간 전류를 제어하는 것과는 달리, FET은 게이트-소스 간 전압으로 드레인-소스 간 전류를 제어합니다. 이러한 이유로 전압 제어 소자로 불리기도 합니다. FET은 구조적으로 게이트 채널(드레인-소스 간 전류가 흐르는 경로)을 PN 접합시켜놓은 접합형과 산화막으로 절연시켜놓은 MOS형이 있습니다. 또한, 채널에 N형 반도체를 사용하는 것을 N형 FET, P형 반도체를 사용하는 것을 P형 FET이라고 합니다. N형과 P형의 차이는 트랜지스터와 마찬가지로 전압 및 전류의 방향만 반대인 것 뿐입니다. 게이트 전압이 0V일 때 드레인 전류가 최대가 되는 유형과 그 반대로 게이트 전압이 0V일 때 전류가 흐르지 않는 유형이 있으며, 전자를 Depression type, 후자를 Enhancement type라고 부릅니다. 접합형은 Depression type, MOS형은 일반적으로 Enhancement 형태입니다.
☑️ FET는 다음과 같은 두 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다.
Depression type
Enhancement type
☑️ Depression type과 Enhancement type의 차이점
Depression type과 Enhancement type의 차이점은 게이트-소스 간 전압의 상태에 따라 채널의 전류가 흐르는지 여부가 결정되는지 여부입니다. Depression type은 게이트-소스 간 전압이 0V 미만이면 채널이 닫히고 전류가 흐르지 않습니다. Enhancement type은 게이트-소스 간 전압이 0V 미만이면 채널이 열리고 전류가 흐릅니다.
☑️ Depression type의 특징
Depression type은 게이트-소스 간 전압이 0V 미만이면 채널이 닫히기 때문에, 디지털 회로나 증폭기 등에 많이 사용됩니다. Depression type의 장점은 다음과 같습니다.
- 낮은 전력 소모
- 빠른 스위칭 속도
- 높은 전류 증폭률
☑️ Enhancement type의 특징
Enhancement type은 게이트-소스 간 전압이 0V 미만이면 채널이 열리기 때문에, 릴레이나 스위치 등에 많이 사용됩니다. Enhancement type의 장점은 다음과 같습니다.
- 단순한 구조
- 낮은 비용
- 넓은 동작 전압 범위
☑️ Depression type과 Enhancement type의 사용 사례
Depression type은 디지털 회로나 증폭기 등에서 주로 사용됩니다. 디지털 회로에서는 0과 1을 표현하기 위해 사용되며, 증폭기에서는 증폭률을 높이기 위해 사용됩니다.
Enhancement type은 릴레이나 스위치 등에서 주로 사용됩니다. 릴레이는 전기 신호를 기계적 신호로 변환하는 장치이며, 스위치는 전기 회로를 켜거나 끄는 장치입니다.
☑️ 결론
Depression type과 Enhancement type은 FET의 두 가지 주요 유형입니다.Depression type은 게이트-소스 간 전압이 0V 미만이면 채널이 닫히고, Enhancement type은 게이트-소스 간 전압이 0V 미만이면 채널이 열립니다. Depression type은 디지털 회로나 증폭기 등에 많이 사용되며, Enhancement type은 릴레이나 스위치 등에 많이 사용됩니다.
2. FET의 특성
드레인 전류는 게이트 전압의 파라미터로 표현되며, 트랜지스터의 베이스 전류를 대체하는 것과 동일합니다.
- 상호 컨덕턴스 (전달 어드미턴스)
- 드레인 전류의 변화량을 게이트 전압의 변화량으로 나눈 것. 단위는 “S(지멘스)”로 표시되며, 등가적으로 저항의 역수이므로 Ω를 뒤집어 “모(모)”로 부를 때도 있습니다. 기호는 “gm”으로 나타냅니다.
- 포화 영역과 비포화 영역
- FET에는 트랜지스터와 마찬가지로 포화 영역과 비포화 영역이 있습니다. 다른 점은 비포화 영역에서, 트랜지스터의 경우 포화 전압으로 나타나지만, FET의 경우 저항 값으로 나타난다는 것입니다. 이를 “ON 저항”이라고 부릅니다. 따라서 FET의 포화 전압은 드레인 전류에 의해 변합니다.
- 핀치 오프 전압
- 드레인 전류가 더 이상 흐르지 않는 게이트 전압.
3. 트랜지스터와 비교한 FET의 주요 특징
- 입력 임피던스가 높아 전압만으로 제어 가능.
- 누적 시간이 없어 고속 스위칭이 가능.
- 온도가 상승하면 ON 저항이 증가하여 전류가 감소하므로 열적 고장이 없다.
- 구조가 복잡하여 가격이 비싸다.