場(chǎng)效應(yīng)管是什么,工作原理
場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)因有兩個(gè)PN結(jié)而得名,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(JGFET)則因柵極與其它電極完整絕緣而得名。目前在絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中,應(yīng)用最為普遍的是MOS場(chǎng)效應(yīng)管,簡(jiǎn)稱MOS管(即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET);此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管,以及最近剛問世的πMOS場(chǎng)效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。
MOS場(chǎng)效應(yīng)管也被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種。增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)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(duì)于N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,同樣對(duì)于P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。場(chǎng)效應(yīng)管的輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場(chǎng))控制,可以認(rèn)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(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管
場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管兩種,上圖所示是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管又分為N溝道和P溝道兩種,上圖為N溝道結(jié)構(gòu)示意圖,它是在一塊N型硅棒兩端各引出一個(gè)電極,一端稱為源極S,另一端稱為漏極D;在兩側(cè)分別擴(kuò)散一個(gè)高濃度雜質(zhì)的P型區(qū),形成兩個(gè)PN結(jié)(圖中橙色和灰色部分),把兩個(gè)P型區(qū)相連引出一個(gè)電極就是柵極G。
工作原理:在工作時(shí),內(nèi)部?jī)蓚€(gè)PN結(jié)施加反偏電壓VGS,在漏源之間加正向電壓VDS,漏極和源極之間只有N型溝道是電流流通的路徑。打個(gè)比喻,把溝道想像成河流,把柵極比做兩岸可以左右控制的閘門,由兩岸各有一人向中間推拉閘門,進(jìn)而控制水流的大小。P溝道和N溝道原理差不多,只不過中間溝道是P型溝道,兩邊柵極是N型區(qū),和N溝道正好相反,這里就不多說了。
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管:
絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管又名MOS管(以下簡(jiǎn)稱MOS管),它的柵極和源漏極之間有一層二氧化硅的絕緣層,如上圖所示。MOS管也有N溝道和P溝道兩類,但每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種,因此總共有四種類型:N溝道增強(qiáng)型、P溝道增強(qiáng)型、N溝道耗盡型、P溝道耗盡型。凡是柵源電壓為零時(shí),漏極電流也為零的管子都是增強(qiáng)型管。凡是柵源電壓為零時(shí),漏極電流不為零時(shí)都屬于耗盡型管。
上圖是四種MOS管的電路符號(hào),注意:襯底箭頭朝內(nèi)的是N溝道,襯底箭頭朝外的是P溝道。
增強(qiáng)型MOS管工作原理:工作時(shí),柵源之間不加電壓時(shí),漏源之間PN結(jié)是反向的,所以不存在導(dǎo)電溝道,即使漏源之間加了電壓,導(dǎo)電溝電是關(guān)閉的,就不會(huì)有電流通過。當(dāng)柵源之間加正向電壓到一定值時(shí),在漏源之間就會(huì)形成導(dǎo)電通道,使導(dǎo)電溝道剛剛形成的這個(gè)柵源電壓叫做開啟電壓VGS,柵源之間電壓越大,導(dǎo)電溝道越寬,從而使流過的電流越大。
耗盡型MOS管工作原理:工作時(shí),柵源之間不加電壓,同增強(qiáng)型MOS管不同,漏源之間存在導(dǎo)電溝道,因此只要在漏源之間加正向電壓,就會(huì)產(chǎn)生漏極電流。并且,柵源之間加正向電壓時(shí),導(dǎo)電溝道增大,加反向電壓時(shí),導(dǎo)電溝道變小,流過的電流就會(huì)越小,同增強(qiáng)型MOS管相比,它可以在正、負(fù)值的一定范圍內(nèi)存在導(dǎo)電溝道。
場(chǎng)效應(yīng)管的作用:
一、場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。
二、場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。
三、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。
四、場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。
五、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。
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