場效應管是什么,工作原理
場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管(JFET)因有兩個PN結而得名,絕緣柵型場效應管(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。
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。
結型場效應管
場效應管分結型場效應管和絕緣柵型場效應管兩種,上圖所示是結型場效應管的結構和符號,結型場效應管又分為N溝道和P溝道兩種,上圖為N溝道結構示意圖,它是在一塊N型硅棒兩端各引出一個電極,一端稱為源極S,另一端稱為漏極D;在兩側分別擴散一個高濃度雜質的P型區,形成兩個PN結(圖中橙色和灰色部分),把兩個P型區相連引出一個電極就是柵極G。
工作原理:在工作時,內部兩個PN結施加反偏電壓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,和N溝道正好相反,這里就不多說了。
絕緣柵型場效應管:
絕緣柵型場效應管又名MOS管(以下簡稱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型和耗盡型兩種,因此總共有四種類型:N溝道增強型、P溝道增強型、N溝道耗盡型、P溝道耗盡型。凡是柵源電壓為零時,漏極電流也為零的管子都是增強型管。凡是柵源電壓為零時,漏極電流不為零時都屬于耗盡型管。
上圖是四種MOS管的電路符號,注意:襯底箭頭朝內的是N溝道,襯底箭頭朝外的是P溝道。
增強型MOS管工作原理:工作時,柵源之間不加電壓時,漏源之間PN結是反向的,所以不存在導電溝道,即使漏源之間加了電壓,導電溝電是關閉的,就不會有電流通過。當柵源之間加正向電壓到一定值時,在漏源之間就會形成導電通道,使導電溝道剛剛形成的這個柵源電壓叫做開啟電壓VGS,柵源之間電壓越大,導電溝道越寬,從而使流過的電流越大。
耗盡型MOS管工作原理:工作時,柵源之間不加電壓,同增強型MOS管不同,漏源之間存在導電溝道,因此只要在漏源之間加正向電壓,就會產生漏極電流。并且,柵源之間加正向電壓時,導電溝道增大,加反向電壓時,導電溝道變小,流過的電流就會越小,同增強型MOS管相比,它可以在正、負值的一定范圍內存在導電溝道。
場效應管的作用:
一、場效應管應用于放大。由于場效應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、場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。
三、場效應管可以用作可變電阻。
四、場效應管可以方便地用作恒流源。
五、場效應管可以用作電子開關。
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