場(chǎng)效應管工作原理動(dòng)畫(huà)

場(chǎng)效應管簡(jiǎn)介

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。

場(chǎng)效應管工作原理

場(chǎng)效應管工作原理用一句話(huà)說(shuō)，就是“漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID，用以柵極與溝道間的pn結形成的反偏的柵極電壓控制ID”。更正確地說(shuō)，ID流經(jīng)通路的寬度，即溝道截面積，它是由pn結反偏的變化，產(chǎn)生耗盡層擴展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區域，表示的過(guò)渡層的擴展因為不很大，根據漏極-源極間所加VDS的電場(chǎng)，源極區域的某些電子被漏極拉去，即從漏極向源極有電流ID流動(dòng)。從門(mén)極向漏極擴展的過(guò)度層將溝道的一部分構成堵塞型，ID飽和。將這種狀態(tài)稱(chēng)為夾斷。這意味著(zhù)過(guò)渡層將溝道的一部分阻擋，并不是電流被切斷。

在過(guò)渡層由于沒(méi)有電子、空穴的自由移動(dòng)，在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性，通常電流也難流動(dòng)。但是此時(shí)漏極-源極間的電場(chǎng)，實(shí)際上是兩個(gè)過(guò)渡層接觸漏極與門(mén)極下部附近，由于漂移電場(chǎng)拉去的高速電子通過(guò)過(guò)渡層。因漂移電場(chǎng)的強度幾乎不變產(chǎn)生ID的飽和現象。其次，VGS向負的方向變化，讓VGS=VGS(off)，此時(shí)過(guò)渡層大致成為覆蓋全區域的狀態(tài)。而且VDS的電場(chǎng)大部分加到過(guò)渡層上，將電子拉向漂移方向的電場(chǎng)，只有靠近源極的很短部分，這更使電流不能流通。

MOS場(chǎng)效應管電源開(kāi)關(guān)電路

MOS場(chǎng)效應管也被稱(chēng)為金屬氧化物半導體場(chǎng)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(chǎng)效應管可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱(chēng)為N溝道型，PNP型也叫P溝道型。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。場(chǎng)效應管的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。

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。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溝道的MOS場(chǎng)效應管柵極上時(shí)，由于電場(chǎng)的作用，此時(shí)N型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來(lái)而涌向柵極，但由于氧化膜的阻擋，使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導體，從而形成電流，使源極和漏極之間導通?？梢韵胂駷閮蓚€(gè)N型半導體之間為一條溝，柵極電壓的建立相當于為它們之間搭了一座橋梁，該橋的大小由柵壓的大小決定。

C-MOS場(chǎng)效應管（增強型MOS場(chǎng)效應管）

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。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。

場(chǎng)效應管結構與符號

MOS管，在一塊摻雜濃度較低的P型半導體硅襯底上，用半導體光刻、擴散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導體表面復蓋一層很薄的二氧化硅（Si02）絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構成了一個(gè)N溝道（NPN型）增強型MOS管。顯然它的柵極和其它電極間是絕緣的。下圖所示分別是它的結構圖和代表符號。

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導體硅襯底上，用半導體光刻、擴散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區，及上述相同的柵極制作過(guò)程，就制成為一個(gè)P溝道（PNP型）增強型MOS管。如上圖所示分別是P溝道MOS管道結構圖和代表符號。

N溝道MOS管的符號，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是P溝道的MOS管。

在實(shí)際MOS管生產(chǎn)的過(guò)程中襯底在出廠(chǎng)前就和源極連接，所以在符號的規則中；表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區別漏極和源極。上圖是P溝道MOS管的符號。

大功率MOS管應用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類(lèi)似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負極，柵極G正電壓時(shí)導電溝道建立，N溝道MOS管開(kāi)始工作,如下圖所示。同樣P道的類(lèi)似PNP晶體三極管，漏極D接負極，源極S接正極，柵極G負電壓時(shí)，導電溝道建立，P溝道MOS管開(kāi)始工作,如下圖所示。

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