场效应管工作原理

发布时间:2019年09月27日 16:09    发布者:xunavc
  MOS 场效应管也被称为MOS FET, 既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor(金属氧化物半导体场效应管)的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。
  MOS管的内部结构如图所示:其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
  其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻,该管导通时在两个高浓度n扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压,且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压(栅源电压为零)时,就有导电沟道产生的n沟道MOS管。
  场效应管,其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型,PNP型也叫P沟道型。由图可看出,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。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管,其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。
  场效应管工作原理图
  场效应管工作原理图
  为解释MOS场效应管工作原理图,我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示,我们知道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。
  场效应管工作原理图
  场效应管工作原理图
  对于场效应管(见图7),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。我们也可以想像为两个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。图8给出了P沟道的MOS场效应管的工作过程,其工作原理类似这里不再重复。
  场效应管工作原理图
  场效应管工作原理图
  下面简述一下用C-MOS场效应管(增强型MOS场效应管)组成的应用电路的工作过程(见图9)。电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用。当输入端为低电平时,P沟道MOS场效应管导通,输出端与电源正极接通。当输入端为高电平时,N沟道MOS场效应管导通,输出端与电源地接通。在该电路中,P沟道MOS场效应管和N沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作,其相位输入端和输出端相反。通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。同时由于漏电流的影响,使得栅压在还没有到0V,通常在栅极电压小于1到2V时,MOS场效应管既被关断。不同场效应管其关断电压略有不同。也正因为如此,使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。
  场效应管工作原理图
  场效应管工作原理图
  由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程(见图10)。工作原理同前所述。
  场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。场效应管工作原理图一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,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(108~109Ω)、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AO7800 www.dzsc.com/ic-detail/9_5628.html的参数
  系列:AO
  FET类型:2 个 N 沟道(双)
  FET功能:逻辑电平门
  电流-连续漏极(Id)(25°C时):900mA
  不同 Id,Vgs时的 RdsOn(最大值):300 毫欧 @ 900mA,4.5V不同Id时的Vgs(th)(最大值):900mV @ 250?A不同Vgs时的栅极电荷 (Qg)(最大值):1.9nC @ 4.5V不同Vds时的输入电容(Ciss)(最大值):120pF @ 10V功率-最大值:300mW工作温度:-55°C ~ 150°C(TJ)
  安装类型:表面贴装
  封装形式Package:SC-70
  极性Polarity:N-CH
  漏源极击穿电压VDSS:20V
  连续漏极电流ID:0.9A
  FET 类型:2 个 N 沟道(双)
  FET 功能:逻辑电平门
  漏源电压(Vdss):20V
  电流 - 连续漏极(Id)(25°C 时):900mA
  不同 Id,Vgs 时的 Rds On(最大值):300 毫欧 @ 900mA,4.5V不同 Id 时的 Vgs(th)(最大值):900mV @ 250?A不同 Vgs 时的栅极电荷 (Qg)(最大值):1.9nC @ 4.5V不同 Vds 时的输入电容(Ciss)(最大值):120pF @ 10V功率 - 最大值:300mW封装/外壳:SC-70-6L
  功率(W):0.3W


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