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结型场效应管和mos管的区别【详细讲解】

发布时间:2020-03-12 08:24人气:

什么是结型场效应管

场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。


结型场效应管和mos管的区别在哪里

它不仅具有双极型三极管的体积小,重量轻,耗电少,寿命长等优点,而且还具有输入电阻高,热稳定性好,抗辐射能力强,噪声低,制造工艺简单,便于集成等特点,因而,在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)


结型场效应管和mos管的区别【详细讲解】 第1图


现在主要使用MOS场效应管,即通常所称的MOS管。2. MOS是金属(Metal)-氧化物(Oxide)-半导体(Semiconductor)的简称,即栅-二氧化硅-硅。JFET中的J代表Junction,即“结”,表示PN结的结。FET代表Field Effect Transistor,即场效应管。


通过输出特性曲线和转移特性曲线来区分场效应管前,首先需要了解一个概念,场效应管是压控型器件,它区别于双极型晶体管(流控型器件),场效应管工作时栅极一般只需要一个电压就可以,电流很小或者为零。所以,要实现这点,结型场效应管和mos管的区别在于结型场效应管和MOS型采用不同的办法实现了这个效果,导致了其特性曲线不同。


1. 结型场效应管,利用栅极和沟道间的一个反向二极管,并在二极管上施加反向电压,利用二极管反向工作时,电流很小的特点,实现压控效果,所以结型场效应管工作时,栅极控制电压UG总是需要保证那个二极管反向工作,即N沟道,栅极电压为负,P沟道栅极电压为正。至于漏极电流的极性,可以通过N沟道,N代表负,外部电流流入D极,电流方向即为正,P沟道电流流出D极,电流方向即为负。所以,下图的曲线就很好记忆了。


2. 而MOS管,直接将栅极与沟道间绝缘阻断,没有任何电流通过。所以按正常的正电压控制N沟道,负电压控制P沟道的原则。工作时,N沟道栅极电压为正,P沟道栅极电压为负。电流方向和结型管的判断方法一样,N沟道,N代表负,外部电流流入D极,电流方向即为正,P沟道电流流出D极,电流方向即为负。就可以确定MOS管的特性曲线。至于增强型和耗尽型如何区分,只要看控制曲线与y轴有交叉即可,即,当UG=0时,漏极电流不为零,即为耗尽型,UG=0时,漏极电流为零,即为增强型。


下图中示出了n沟道结型场效应管的结构示意图以及它在电路中的符号。


结型场效应管和mos管的区别【详细讲解】第2图


在一块n型硅棒的两侧,利用合金法、扩散法与其他工艺做成掺杂程度比较高的p型区(用符号p+表示),则在p+型区和n型区的交界处将形成一个pn结,或称耗尽层。将两侧的p+型区连接在一起,引出一个电极,称为栅极(g),再在n型硅棒的一端引出源极(s),另一端引出漏极(d),见图(a)。如果在漏极和源极之间加上一个正向电压,即漏极接正端,源极接电源负端,则因为n型半导体中存在多数载流子,因而可以导电。结型场效应管和mos管的区别就是这种场效应管的导电沟道是n型的,所以称为n沟道结型场效应管,其电路符合见图(b)。注意电路符号中,栅极上的箭头指向内部,即由p+区指向n区。


结型场效应管工作原理

从结型场效应管的结构已经看出,在栅极和导电沟道之间存在一个pn结。假设在栅极和源极之间加上反向电压ugs,使pn结反向偏置,则可以通过改变ugs的大小来改变耗尽层的宽度。例如,当反向电压的值|ugs|变大时,耗尽层将变宽,于是导电沟道的宽度相应地减小,使沟道本身的电阻值增大,于是,漏极电流id将减少。所以,通过改变ugs的大小,即可控制漏极电流id的值。


由于导电沟道的半导体材料(例如n区)掺杂程度相对比较低,而栅极一边(例如p+区)的掺杂程度很高,因此当反向偏置电压值升高时,耗尽层总的宽度将随之增大。但交界面两侧耗尽层的宽度并不相等。因此,掺杂程度低的n型导电沟道中耗尽层的宽度比高掺杂的p+区栅极一侧耗尽层的宽度大得多。可以认为,当反向偏置电压增大时,耗尽层主要向着导电沟道一侧展宽。


改变栅极和源极之间的电压ugs,即可控制漏极电流id。这种器件利用栅极和源极这宰的电压ugs平改变pn结中的电场,然后控制漏极电流id,故称为场效应管。对于结型场效应管来说,总是在栅极和源极之间加一个反抽偏置电压,使pn结反向偏置,此时可以认为栅极基本上不取电流,因此,场效应管的输入电阻很高。


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