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场效应管工作原理详解【通俗理解】

发布时间:2020-03-11 10:00人气:

很多新手朋友不知道MOS管是什么?其实他有一个很常见的名称叫做场效应管,也有很多新手朋友不知道场效应管的工作原理是什么?下面是小编整理了一些场效应管的工作原理讲解,看完后应该会对场效应管有所了解了。


场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型:结型场效应管(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)。由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(107~1015Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。


场效应管(FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,并以此命名。


第1图


AOS场效应晶体管简称场效应管

主要有两种类型(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)那么与双极型晶体管相比,场效应晶体管有什么特点呢?

(1)它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数;

(2)它是利用多数载流子导电,因此它的温度稳定性较好;

(3)场效应管的控制输入端电流极小,因此它的输入电阻(107~1012Ω)很大。

(4)场效应管是电压控制器件,它通过VGS(栅源电压)来控制ID(漏极电流);

(5)由于它不存在杂乱运动的电子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低;

(6)场效应管的抗辐射能力强。


AOSMOS管工作原理

AOSMOS管是较新型的半导体材料,利用电场效应来控制晶体管的电流,因而得名。它的外型也是一个三极管,因此又称AOSMOS管。它只有一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从AOSMOS管三极管的结构来划分,它有结型AOSMOS管三极管和绝缘栅型AOSMOS管三极管之分。


工作原理

场效应管工作原理用一句话说,就是“漏极-源极间流经沟道的ID,用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”。更正确地说,ID流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域,表示的过渡层的扩展因为不很大,根据漏极-源极间所加VDS的电场,源极区域的某些电子被漏极拉去,即从漏极向源极有电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型,ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡,并不是电流被切断。


在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动,在理想状态下几乎具有绝缘特性,通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场,实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近,由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次,VGS向负的方向变化,让VGS=VGS(off),此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上,将电子拉向漂移方向的电场,只有靠近源极的很短部分,这更使电流不能流通。


MOS场效应管电源开关电路

MOS场效应管也被称为金属氧化物半导体场效应管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。它一般有耗尽型和增强型两种。增强型MOS场效应管可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型,PNP型也叫P沟道型。对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上,同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。场效应管的输出电流是由输入的电压(或称电场)控制,可以认为输入电流极小或没有输入电流,这使得该器件有很高的输入阻抗,同时这也是我们称之为场效应管的原因。


在二极管加上正向电压(P端接正极,N端接负极)时,二极管导通,其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时,N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端,而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动,从而形成导通电流。同理,当二极管加上反向电压(P端接负极,N端接正极)时,这时在P型半导体端为负电压,正电子被聚集在P型半导体端,负电子则聚集在N型半导体端,电子不移动,其PN结没有电流通过,二极管截止。在栅极没有电压时,由前面分析可知,在源极与漏极之间不会有电流流过,此时场效应管处与截止状态(图7a)。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时,由于电场的作用,此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极,但由于氧化膜的阻挡,使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中(见图7b),从而形成电流,使源极和漏极之间导通。可以想像为两个N型半导体之间为一条沟,栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁,该桥的大小由栅压的大小决定。


使用优势

场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。


在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管。场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是既有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称之为双极型器件。


有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比三极管好。


场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。


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