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場效應管工作原理和作用

職場 更新时间:2024-12-26 09:08:43

漏極-源極間流經溝道的ID,用以栅極與溝道間的pn結形成的反偏的栅極電壓控制ID”。更正确地說,ID流經通路的寬度,即溝道截面積,它是由pn結反偏的變化,産生耗盡層擴展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區域,表示的過渡層的擴展因為不很大,根據漏極-源極間所加VDS的電場,源極區域的某些電子被漏極拉去,即從漏極向源極有電流ID流動。從門極向漏極擴展的過度層将溝道的一部分構成堵塞型,ID飽和。将這種狀态稱為夾斷。這意味着過渡層将溝道的一部分阻擋,并不是電流被切斷。

在過渡層由于沒有電子、空穴的自由移動,在理想狀态下幾乎具有絕緣特性,通常電流也難流動。但是此時漏極-源極間的電場,實際上是兩個過渡層接觸漏極與門極下部附近,由于漂移電場拉去的高速電子通過過渡層。因漂移電場的強度幾乎不變産生ID的飽和現象。其次,VGS向負的方向變化,讓VGS=VGS(off),此時過渡層大緻成為覆蓋全區域的狀态。而且VDS的電場大部分加到過渡層上,将電子拉向漂移方向的電場,隻有靠近源極的很短部分,這更使電流不能流通。

場效應管工作原理和作用(場效應管工作原理和分類)1

MOS場效應管電源開關電路

MOS場效應管也被稱為金屬氧化物半導體場效應管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。它一般有耗盡型和增強型兩種。增強型MOS場效應管可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型也叫P溝道型。對于N溝道的場效應管其源極和漏極接在N型半導體上,同樣對于P溝道的場效應管其源極和漏極則接在P型半導體上。場效應管的輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場)控制,可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時這也是我們稱之為場效應管的原因。

在二極管加上正向電壓(P端接正極,N端接負極)時,二極管導通,其PN結有電流通過。這是因為在P型半導體端為正電壓時,N型半導體内的負電子被吸引而湧向加有正電壓的P型半導體端,而P型半導體端内的正電子則朝N型半導體端運動,從而形成導通電流。同理,當二極管加上反向電壓(P端接負極,N端接正極)時,這時在P型半導體端為負電壓,正電子被聚集在P型半導體端,負電子則聚集在N型半導體端,電子不移動,其PN結沒有電流通過,二極管截止。在栅極沒有電壓時,由前面分析可知,在源極與漏極之間不會有電流流過,此時場效應管處與截止狀态(圖7a)。當有一個正電壓加在N溝道的MOS場效應管栅極上時,由于電場的作用,此時N型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而湧向栅極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導體中(見圖7b),從而形成電流,使源極和漏極之間導通。可以想像為兩個N型半導體之間為一條溝,栅極電壓的建立相當于為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由栅壓的大小決定。

C-MOS場效應管(增強型MOS場效應管)

電路将一個增強型P溝道MOS場效應管和一個增強型N溝道MOS場效應管組合在一起使用。當輸入端為低電平時,P溝道MOS場效應管導通,輸出端與電源正極接通。當輸入端為高電平時,N溝道MOS場效應管導通,輸出端與電源地接通。在該電路中,P溝道MOS場效應管和N溝道MOS場效應管總是在相反的狀态下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響,使得栅壓在還沒有到0V,通常在栅極電壓小于1到2V時,MOS場效應管既被關斷。不同場效應管其關斷電壓略有不同。也正因為如此,使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

場效應管分類

場效應管分結型、絕緣栅型兩大類。結型場效應管(JFET)因有兩個PN結而得名,絕緣栅型場效應管(JGFET)則因栅極與其它電極完整絕緣而得名。目前在絕緣栅型場效應管中,應用最為普遍的是MOS場效應管,簡稱MOS管(即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET);此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管,以及最近剛問世的πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。

場效應管工作原理和作用(場效應管工作原理和分類)2

按溝道半導體資料的不同,結型和絕緣栅型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分,場效應管又可分紅耗盡型與加強型。結型場效應管均為耗盡型,絕緣栅型場效應管既有耗盡型的,也有加強型的。

場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和加強型;P溝耗盡型和加強型四大類。

場效應管工作原理和作用(場效應管工作原理和分類)3

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