场效应管工作原理

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　　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。
7 |4 [) m2 J8 a, m　　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。
' {9 V  B& u' S$ G. J　　场效应管工作原理图
" y3 X' ?1 _4 E6 \/ s　　场效应管工作原理图
7 O8 T! Y$ k, E# n  l4 M* g　　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。
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　　场效应管工作原理图
( ]. x) u3 Q# b　　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。
9 Q7 A( H) S) H6 x2 `6 l( s, s　　场效应管工作原理图
　　场效应管工作原理图
, y' t4 ?. z2 Z' H　　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
+ E. _' E7 F4 m" n! q  ]1 C　　场效应管工作原理图
1 S; N% G4 W4 s- x% W( k　　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。
: h) p& N2 m4 s9 L　　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。
" O% v2 w9 d9 o( u" u- ~8 h　　场效应管AO7800 www.dzsc.com/ic-detail/9_5628.html的参数
　　系列：AO
* A! F# `( T$ \) Y" n　　FET类型：2 个 N 沟道（双）
　　FET功能：逻辑电平门
0 a+ s& p. y% I/ a) Q　　电流-连续漏极（Id）（25°C时）：900mA
. M1 i; n, Y! q" _, l7 C3 F/ E　　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）
6 n9 p! p, L; T0 H　　安装类型：表面贴装
　　封装形式Package：SC-70
& z  y8 x) [- [# w# ]- w" B# t　　极性Polarity：N-CH
! P3 C4 H+ |1 |( p　　漏源极击穿电压VDSS：20V
1 G/ h+ n- ?& T1 ^: h. D　　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
( v# a& F- L; T" c, D　　漏源电压（Vdss）：20V
4 C/ L% U% E) ?1 n+ m　　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
: K" e1 A3 L  A. w% S% g0 d4 K% O" X　　功率（W）：0.3W
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