场效应管是什么,工作原理
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完整绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为普遍的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
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。
结型场效应管
场效应管分结型场效应管和绝缘栅型场效应管两种,上图所示是结型场效应管的结构和符号,结型场效应管又分为N沟道和P沟道两种,上图为N沟道结构示意图,它是在一块N型硅棒两端各引出一个电极,一端称为源极S,另一端称为漏极D;在两侧分别扩散一个高浓度杂质的P型区,形成两个PN结(图中橙色和灰色部分),把两个P型区相连引出一个电极就是栅极G。
工作原理:在工作时,内部两个PN结施加反偏电压VGS,在漏源之间加正向电压VDS,漏极和源极之间只有N型沟道是电流流通的路径。打个比喻,把沟道想像成河流,把栅极比做两岸可以左右控制的闸门,由两岸各有一人向中间推拉闸门,进而控制水流的大小。P沟道和N沟道原理差不多,只不过中间沟道是P型沟道,两边栅极是N型区,和N沟道正好相反,这里就不多说了。
绝缘栅型场效应管:
绝缘栅型场效应管又名MOS管(以下简称MOS管),它的栅极和源漏极之间有一层二氧化硅的绝缘层,如上图所示。MOS管也有N沟道和P沟道两类,但每一类又分为增强型和耗尽型两种,因此总共有四种类型:N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道耗尽型。凡是栅源电压为零时,漏极电流也为零的管子都是增强型管。凡是栅源电压为零时,漏极电流不为零时都属于耗尽型管。
上图是四种MOS管的电路符号,注意:衬底箭头朝内的是N沟道,衬底箭头朝外的是P沟道。
增强型MOS管工作原理:工作时,栅源之间不加电压时,漏源之间PN结是反向的,所以不存在导电沟道,即使漏源之间加了电压,导电沟电是关闭的,就不会有电流通过。当栅源之间加正向电压到一定值时,在漏源之间就会形成导电通道,使导电沟道刚刚形成的这个栅源电压叫做开启电压VGS,栅源之间电压越大,导电沟道越宽,从而使流过的电流越大。
耗尽型MOS管工作原理:工作时,栅源之间不加电压,同增强型MOS管不同,漏源之间存在导电沟道,因此只要在漏源之间加正向电压,就会产生漏极电流。并且,栅源之间加正向电压时,导电沟道增大,加反向电压时,导电沟道变小,流过的电流就会越小,同增强型MOS管相比,它可以在正、负值的一定范围内存在导电沟道。
场效应管的作用:
一、场效应管应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。
二、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
三、场效应管可以用作可变电阻。
四、场效应管可以方便地用作恒流源。
五、场效应管可以用作电子开关。
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