場(chǎng)效應晶體管工作原理圖文詳解及引腳、參數等介紹-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-08-16
場(chǎng)效應晶體管（Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET)）簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應管。主要有兩種類(lèi)型（junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導體場(chǎng)效應管（metal-oxide semiconductor FET，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS-FET）。由多數載流子參與導電，也稱(chēng)為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。具有輸入電阻高（107～1015Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優(yōu)點(diǎn)，現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。
場(chǎng)效應晶體管（FET）是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應來(lái)控制輸出回路電流的一種半導體器件，并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電，又稱(chēng)單極型晶體管。FET 英文為Field Effect Transistor，簡(jiǎn)寫(xiě)成FET。
一：場(chǎng)效應晶體管是電壓掌握機件，它經(jīng)過(guò)VGS（柵源電壓）來(lái)掌握ID（漏極直流電）；
二：場(chǎng)效應晶體管的輸出端直流電極小，因而它的輸出電阻很大。
三：它是應用少數載流子導熱，因而它的量度穩固性較好；
四：它組成的縮小通路的電縮小小系數要小于三極管組成縮小通路的電縮小小系數；
五：場(chǎng)效應晶體管的抗輻照威力強；
六：因為沒(méi)有具有錯雜活動(dòng)的少子分散惹起的散粒噪音，因為噪音低。
場(chǎng)效應晶體管，其內部結構見(jiàn)圖1。它可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱(chēng)為N溝道型，PNP型也叫P溝道型。由圖可看出，對于N溝道的場(chǎng)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(chǎng)效應管其源極和漏極則接在P型半導體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場(chǎng)效應管，其輸出電流是由輸入的電壓（或稱(chēng)電場(chǎng)）控制，可以認為輸入電流極小或沒(méi)有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗，同時(shí)這也是我們稱(chēng)之為場(chǎng)效應管的原因。
圖1
為解釋MOS場(chǎng)效應管工作原理圖，我們先了解一下僅含有一個(gè)P—N結的二極管的工作過(guò)程。如圖2所示，我們知道在二極管加上正向電壓（P端接正極，N端接負極）時(shí)，二極管導通，其PN結有電流通過(guò)。這是因為在P型半導體端為正電壓時(shí)，N型半導體內的負電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導體端，而P型半導體端內的正電子則朝N型半導體端運動(dòng)，從而形成導通電流。同理，當二極管加上反向電壓（P端接負極，N端接正極）時(shí)，這時(shí)在P型半導體端為負電壓，正電子被聚集在P型半導體端，負電子則聚集在N型半導體端，電子不移動(dòng)，其PN結沒(méi)有電流通過(guò)，二極管截止。
圖2
對于場(chǎng)效應管，在柵極沒(méi)有電壓時(shí)，由前面分析可知，在源極與漏極之間不會(huì )有電流流過(guò)，此時(shí)場(chǎng)效應管處與截止狀態(tài)。當有一個(gè)正電壓加在N溝道MOS。
下面簡(jiǎn)述一下用C-MOS場(chǎng)效應管（增強型MOS場(chǎng)效應管）組成的應用電路的工作過(guò)程，就愛(ài)見(jiàn)圖3。電路將一個(gè)增強型P溝道MOS場(chǎng)效應管和一個(gè)增強型N溝道MOS場(chǎng)效應管組合在一起使用。當輸入端為低電平時(shí)，P溝道MOS場(chǎng)效應管導通，輸出端與電源正極接通。當輸入端為高電平時(shí)，N溝道MOS場(chǎng)效應管導通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場(chǎng)效應管和N溝道MOS場(chǎng)效應管總是在相反的狀態(tài)下工作，其相位輸入端和輸出端相反。通過(guò)這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。
圖3
同時(shí)由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒(méi)有到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時(shí)，MOS場(chǎng)效應管既被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因為如此，使得該電路不會(huì )因為兩管同時(shí)導通而造成電源短路。
圖4
由以上分析我們可以畫(huà)出原理圖中MOS場(chǎng)效應管電路部分的工作過(guò)程（見(jiàn)圖4）。工作原理同前所述。
場(chǎng)效應晶體管的參數很多，包括直流參數、交流參數和極限參數，但一般使用時(shí)只需要關(guān)注以下幾項主要參數。
①夾斷電壓（UP）。這是指在規定的漏極電壓UDS下，使漏極電流/D（即溝道電流）為零或者小于某一小電流值（例如1μA. 10μA）時(shí)，加在柵極上的電壓UGS它是結型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應晶體管的重要參數。
②開(kāi)啟電壓(UT)。這是指當漏極電壓UDS為某一規定值時(shí)，使導電溝道（即漏、源極之間）剛開(kāi)始導通時(shí)的柵極電壓UGS它是增強型場(chǎng)效應晶體管的重要參數。當柵極電壓UGS小于開(kāi)啟電壓坼的絕對值時(shí)，場(chǎng)效應晶體管不能導通。：
③飽和漏電流(/DSS)。這是指當柵、源極短路(UGS=0)時(shí)，一定的漏極電壓UDS（大于夾斷電壓）所引起的漏極電流/D飽和漏電流反映了零柵壓時(shí)原始溝道的導電能力，是耗盡型場(chǎng)效應晶體管的重要參數。
④低頻跨導(gm)，在漏極電壓UDS為規定值時(shí)，漏極電流變化量△/D與引起這個(gè)變化的柵壓變化量△UGS的比值，叫跨導（或互導），即gm=△/D/△UGS。gm的常用單位是mS（毫西門(mén)子）gm是衡量場(chǎng)效應晶體管柵極電壓對漏極電流控制能力強弱的一個(gè)參數，也是衡量放大作用的重要參數，與晶體三極管的交流電流放大系數β相似。gm與管子的工作區域有關(guān)，漏極電流/D越大，管子的跨導gm也越大。
⑤漏源擊穿電壓（BUDS）。這是指柵極電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應晶體管正常工作所能承受的最大漏極電壓，它相當于普通晶體三極管的集電極一發(fā)射極擊穿電壓V(BR)ceo（即BUceo）。這是一項極限參數，使用時(shí)加在場(chǎng)效應晶體管上的工作電壓必須小于BUDS。
⑥最大漏源電流( /DSM)。這是指場(chǎng)效應晶體管正常工作時(shí)，漏、源極之間所允許通過(guò)的最大電流，它相當于普通晶體三極管的/CM場(chǎng)效應晶體管的工作電流不應超過(guò)這一極限參數。
⑦最大耗散功率(PDSM)。這是指場(chǎng)效應晶體管性能不變壞時(shí)，所允許的最大漏極耗散功率，它相當于普通三極管的Pcm。使用時(shí)，場(chǎng)效應晶體管的實(shí)際功耗（PD=UDS×/D）應小于這一極限參數，并留有一定余量。
對于下圖(a)所示的金屬管帽封裝的三引腳圓柱狀場(chǎng)效應管，其管帽下有一個(gè)小凸口，把引腳對著(zhù)自己，從凸口開(kāi)始沿順時(shí)針?lè )较驍?，如果是結型場(chǎng)效應管，依次為源極S、漏極D和柵極G；如果是絕緣柵型場(chǎng)效應管，則依次為D、G和S腳。對于塑料封裝的半圓柱狀結型場(chǎng)效應管，其3個(gè)引線(xiàn)腳呈“一字形”排列，面對標有型號的一面，從左到右依次為S、D、G腳。對于下圖(b)所示的金屬管帽封裝的四引腳絕緣柵型場(chǎng)效應管，其增加的第4引腳有兩種可能，如果是普通增強型MOS場(chǎng)效應管，則該腳為“襯底”引腳；如果是雙柵MOS管，則該腳為第二柵極引腳。
對于有4個(gè)引腳的結型場(chǎng)效應晶體管，其增加的第4腳一般是屏蔽極（使用中接地）。對于大功率場(chǎng)效應晶體管，將管子有字面朝自己、引腳朝下，從左至右其引腳排列順序基本上都是“G、D、S”，并且散熱片接通D極。，當遇到型號、封裝和引腳排列不熟悉的場(chǎng)效應晶體管時(shí)，就要查閱有關(guān)資料或用萬(wàn)用表檢測辨認后再接入電路。
其中結型場(chǎng)效應管的圖形符號中，豎直線(xiàn)表示能導電的溝道，豎直線(xiàn)頂部的一條直角線(xiàn)表示漏極D，豎直線(xiàn)底部的一條直角線(xiàn)表示源極S，豎直線(xiàn)左面帶箭頭的直線(xiàn)表示柵極G。同普通晶體三極管一樣，箭頭指向表示從P型指向N型材料，從箭頭指向就可以知道是哪種溝道的結型場(chǎng)效應管，，很顯然，圖形符號中箭頭指向“溝道”，表示是N型溝道結型場(chǎng)效應管；箭頭背離“溝道”，表示是P型溝道結型場(chǎng)效應管。由于結型管的源極S和漏極D在制造工藝上是對稱(chēng)的，所以圖形符號畫(huà)法也很對稱(chēng)，表示在實(shí)際應用中這兩個(gè)電極可以對換使用。在絕緣柵型場(chǎng)效應管的圖形符號中，柵極G都不帶箭頭，不與“溝道”豎直線(xiàn)接觸，表示管中柵極G與漏極D.源極S是絕緣的，以區別于結型場(chǎng)效應管。將表示溝道結型的“箭頭”改畫(huà)在“溝道”中間表示“襯底”的水平線(xiàn)上，即箭頭指向“溝道”，表示是N型溝道絕緣柵型場(chǎng)效應管；箭頭背離“溝道”，表示是P型溝道絕緣柵型場(chǎng)效應管。另外，箭頭線(xiàn)畫(huà)的短，表示襯底無(wú)引出線(xiàn)；箭頭線(xiàn)畫(huà)的稍長(cháng)，表示襯底有引出線(xiàn)；箭頭線(xiàn)與源極S相連，表示襯底在管子內部已經(jīng)與源極連接。對于增強型的管子，還將“溝道”線(xiàn)畫(huà)成3截，表示在零柵壓下這種管子是沒(méi)有導電溝道的，以區別于耗盡型MOS管和結型場(chǎng)效應管?？梢?jiàn)，掌握了場(chǎng)效應晶體管的這些圖形符號，就等于掌握了場(chǎng)效應晶體管的種類(lèi)，這對分析電路和正確運用場(chǎng)效應晶體管都很重要。
跟普通晶體三極管一樣，以前場(chǎng)效應晶體管的舊圖形符號均用圓圈表示外殼，現已廢棄不再畫(huà)出圓圈。不過(guò)我們翻閱以前的電路圖或圖書(shū)時(shí)，會(huì )看到帶有圓圈的場(chǎng)效應晶體管圖形符號。
場(chǎng)效應晶體管的文字符號與普通晶體三極管的文字符號相同，常用VT（舊符號為BG）或V表示，在電路圖中常寫(xiě)在圖形符號旁邊。若電路圖中有多只同類(lèi)元器件時(shí)，按常規就在文字后面或右下角標上數字，以示區別，如VT1、VT2-文字符號的下邊，一般標出場(chǎng)效應晶體管的型號。
共有兩種命名方法。
第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場(chǎng)效應管，O代表絕緣柵場(chǎng)效應管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結型P溝道場(chǎng)效應三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場(chǎng)效應三極管。
第二種命名方法是CS××#，CS代表場(chǎng)效應管，××以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。
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