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场效应管的工作原理
2022-03-18 17:34:0218

      场效应管(FET)是场效应晶体管(field-effect transistor)的简称,由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,也

称为单极性场效应管,是一种常见的利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种电压控制性半导体器

件,场效应管不但具有双极性晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点,而且输入回路的内阻高达107~1012Ω,

噪声低,热稳定性好,抗辐射能力强,且比后者耗电省,这些优点使之从20世纪60年代诞生起就广泛地应用于

各种电子电路之中。

场效应管的工作原理:

  场效应管工作原理用一句话说,就是“漏极-源极间流经沟道的ID,用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的

栅极电压控制ID”。

  更正确地说,ID流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘

故。

  在VGS=0的非饱和区域,表示的过渡层的扩展因为不很大,根据漏极-源极间所加VDS的电场,源极区域的

某些电子被漏极拉去,即从漏极向源极有电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞

型,ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡,并不是电流被切断。

  在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动,在理想状态下几乎具有绝缘特性,通常电流也难流动。但是此

时漏极-源极间的电场,实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近,由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡

层。

  因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次,VGS向负的方向变化,让VGS=VGS(off),此时过

渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上,将电子拉向漂移方向的电场,只有靠

近源极的很短部分,这更使电流不能流通。

 

 

  MOS场效应管电源开关电路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。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。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。

  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,从而形成

电流,使源极和漏极之间导通。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。C-MOS场效应管(增强型MOS场效应管)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。

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