場效電晶體的工作原理

2021-03-03 20:27:29 字數 5513 閱讀 7138

mos場效電晶體電源開關電路。

這是該裝置的核心,在介紹該部分工作原理之前,先簡單解釋一下mos 場效電晶體的工作原理。

mos 場效電晶體也被稱為mos fet, 既metal oxide semiconductor field effect

transistor(金屬氧化物半導體場效電晶體)的縮寫。它一般有耗盡型和增強型兩種。本文使用的為增強型mos

場效電晶體,其內部結構見圖5。它可分為npn型pnp型。npn型通常稱為n溝道型,pnp型也叫p溝道型。

由圖可看出,對於n溝道的場效電晶體其源極和漏極接在n型半導體上,同樣對於p溝道的場效電晶體其源極和漏極則接在p型半導體上。我們知道一般三極體是由輸入的電流控制輸出的電流。但對於場效電晶體,其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電晶體的原因。

為解釋mos

場效電晶體的工作原理,我們先了解一下僅含有乙個p—n結的二極體的工作過程。如圖6所示,我們知道在二極體加上正向電壓(p端接正極,n端接負極)時,二極體導通,其pn結有電流通過。這是因為在p型半導體端為正電壓時,n型半導體內的負電子被吸引而湧向加有正電壓的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,從而形成導通電流。

同理,當二極體加上反向電壓(p端接負極,n端接正極)時,這時在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,其pn結沒有電流通過,二極體截止。

對於場效電晶體(見圖7),在柵極沒有電壓時,由前面分析可知,在源極與漏極之間不會有電流流過,此時場效電晶體處與截止狀態(圖7a)。當有乙個正電壓加在n溝道的mos

場效電晶體柵極上時,由於電場的作用,此時n型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而湧向柵極,但由於氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個n溝道之間的p型半導體中(見圖7b),從而形成電流,使源極和漏極之間導通。我們也可以想像為兩個n型半導體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當於為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由柵壓的大小決定。圖8給出了p溝道的mos

場效電晶體的工作過程,其工作原理類似這裡不再重複。

下面簡述一下用c-mos場效電晶體(增強型mos

場效電晶體)組成的應用電路的工作過程(見圖9)。電路將乙個增強型p溝道mos場效電晶體和乙個增強型n溝道mos場效電晶體組合在一起使用。當輸入端為低電平時,p溝道mos場效電晶體導通,輸出端與電源正極接通。

當輸入端為高電平時,n溝道mos場效電晶體導通,輸出端與電源地接通。在該電路中,p溝道mos場效電晶體和n溝道mos場效電晶體總是在相反的狀態下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。

同時由於漏電流的影響,使得柵壓在還沒有到0v,通常在柵極電壓小於1到2v時,mos場效電晶體既被關斷。不同場效電晶體其關斷電壓略有不同。也正因為如此,

使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

由以上分析我們可以畫出原理圖中mos場效電晶體電路部分的工作過程(見圖10)。工作原理同前所述。

按溝道半導體材料的不同,結型和絕緣柵型各分溝道和p溝道兩種。若按導電方式來劃分,場效電晶體又可分成耗盡型與增強型。結型場效電晶體均為耗盡型,絕緣柵型場效電晶體既有耗盡型的,也有增強型的。

場效應電晶體可分為結場效應電晶體和mos場效應電晶體。而mos場效應電晶體又分為n溝耗盡型和增強型;p溝耗盡型和增強型四大類。見下圖。

二、場效應三極體的型號命名方法

現行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極體相同,第三位字母j代表結型場效電晶體,o代表絕緣柵場效電晶體。第二位字母代表材料,d是p型矽,反型層是n溝道;c是n型矽p溝道。

例如,3dj6d是結型n溝道場效應三極體,3do6c 是絕緣柵型n溝道場效應三極體。

第二種命名方法是cs××#,cs代表場效電晶體,××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。

三、場效電晶體的引數

場效電晶體的引數很多,包括直流引數、交流引數和極限引數,但一般使用時關注以下主要引數:

1、i dss — 飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵場效電晶體中,柵極電壓u gs=0時的漏源電流。

2、up — 夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣柵場效電晶體中,使漏源間剛截止時的柵極電壓。

3、ut — 開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中,使漏源間剛導通時的柵極電壓。

4、gm — 跨導。是表示柵源電壓u gs — 對漏極電流i d的控制能力,即漏極電流i d變化量與柵源電壓ugs變化量的比值。gm 是衡量場效電晶體放大能力的重要引數。

5、buds — 漏源擊穿電壓。是指柵源電壓ugs一定時,場效電晶體正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限引數,加在場效電晶體上的工作電壓必須小於buds。

6、pd** — 最大耗散功率。也是一項極限引數,是指場效電晶體效能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時,場效電晶體實際功耗應小於pd**並留有一定餘量。

7、id** — 最大漏源電流。是一項極限引數,是指場效電晶體正常工作時,漏源間所允許通過的最大電流。場效電晶體的工作電流不應超過id**

幾種常用的場效應三極體的主要引數

四、場效電晶體的作用

1、場效電晶體可應用於放大。由於場效電晶體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。

2、場效電晶體很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用於多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3、場效電晶體可以用作可變電阻。

4、場效電晶體可以方便地用作恆流源。

5、場效電晶體可以用作電子開關。

五、場效電晶體的測試

1、結型場效電晶體的管腳識別:

場效電晶體的柵極相當於電晶體的基極,源極和漏極分別對應於電晶體的發射極和集電極。將萬用表置於r×1k檔,用兩錶筆分別測量每兩個管腳間的正、反向電阻。當某兩個管腳間的正、反向電阻相等,均為數kω時,則這兩個管腳為漏極d和源極s(可互換),餘下的乙個管腳即為柵極g。

對於有4個管腳的結型場效電晶體,另外一極是遮蔽極(使用中接地)。

2、判定柵極

用萬用表黑錶筆碰觸管子的乙個電極,紅錶筆分別碰觸另外兩個電極。若兩次測出的阻值都很小,說明均是正向電阻,該管屬於n溝道場效電晶體,黑錶筆接的也是柵極。

製造工藝決定了場效電晶體的源極和漏極是對稱的,可以互換使用,並不影響電路的正常工作,所以不必加以區分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。

注意不能用此法判定絕緣柵型場效電晶體的柵極。因為這種管子的輸入電阻極高,柵源間的極間電容又很小,測量時只要有少量的電荷,就可在極間電容上形成很高的電壓,容易將管子損壞。

3、估測場效電晶體的放大能力

將萬用表撥到r×100檔,紅錶筆接源極s,黑錶筆接漏極d,相當於給場效電晶體加上1.5v的電源電壓。這時表針指示出的是d-s極間電阻值。

然後用手指捏柵極g,將人體的感應電壓作為輸入訊號加到柵極上。由於管子的放大作用,uds和id都將發生變化,也相當於d-s極間電阻發生變化,可觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極時表針擺動很小,說明管子的放大能力較弱;若表針不動,說明管子已經損壞。

由於人體感應的50hz交流電壓較高,而不同的場效電晶體用電阻檔測量時的工作點可能不同,因此用手捏柵極時表針可能向右擺動,也可能向左擺動。少數的管子rds減小,使表針向右擺動,多數管子的rds增大,表針向左擺動。無論表針的擺動方向如何,只要能有明顯地擺動,就說明管子具有放大能力。

本方法也適用於測mos管。為了保護mos場效電晶體,必須用手握住螺釘旋具絕緣柄,用金屬桿去碰柵極,以防止人體感應電荷直接加到柵極上,將管子損壞。

mos管每次測量完畢,g-s結電容上會充有少量電荷,建立起電壓ugs,再接著測時表針可能不動,此時將g-s極間短路一下即可。

目前常用的結型場效電晶體和mos型絕緣柵場效電晶體的管腳順序如下圖所示。

六、常用場效用管

1、mos場效電晶體

即金屬-氧化物-半導體型場效電晶體,英文縮寫為mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect-transistor),屬於絕緣柵型。其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化矽絕緣層,因此具有很高的輸入電阻(最高可達1015ω)。它也分n溝道管和p溝道管,符號如圖1所示。

通常是將襯底(基板)與源極s接在一起。根據導電方式的不同,mosfet又分增強型、耗盡型。所謂增強型是指:

當vgs=0時管子是呈截止狀態,加上正確的vgs後,多數載流子被吸引到柵極,從而「增強」了該區域的載流子,形成導電溝道。耗盡型則是指,當vgs=0時即形成溝道,加上正確的vgs時,能使多數載流子流出溝道,因而「耗盡」了載流子,使管子轉向截止。

以n溝道為例,它是在p型矽襯底上製成兩個高摻雜濃度的源擴散區n+和漏擴散區n+,再分別引出源極s和漏極d。源極與襯底在內部連通,二者總保持等電位。圖1(a)符號中的前頭方向是從外向裡,表示從p型材料(襯底)指身n型溝道。

當漏接電源正極,源極接電源負極並使vgs=0時,溝道電流(即漏極電流)id=0。隨著vgs逐漸公升高,受柵極正電壓的吸引,在兩個擴散區之間就感應出帶負電的少數載流子,形成從漏極到源極的n型溝道,當vgs大於管子的開啟電壓vtn(一般約為+2v)時,n溝道管開始導通,形成漏極電流id。

國產n溝道mosfet的典型產品有3do1、3do2、3do4(以上均為單柵管),4do1(雙柵管)。它們的管腳排列(底檢視)見圖2。

mos場效電晶體比較「嬌氣」。這是由於它的輸入電阻很高,而柵-源極間電容又非常小,極易受外界電磁場或靜電的感應而帶電,而少量電荷就可在極間電容上形成相當高的電壓(u=q/c),將管子損壞。因此了廠時各管腳都絞合在一起,或裝在金屬箔內,使g極與s極呈等電位,防止積累靜電荷。

管子不用時,全部引線也應短接。在測量時應格外小心,並採取相應的防靜電感措施。

mos場效電晶體的檢測方法

(1).準備工作

測量之前,先把人體對地短路後,才能摸觸mosfet的管腳。最好在手腕上接一條導線與大地連通,使人體與大地保持等電位。再把管腳分開,然後拆掉導線。

(2).判定電極

將萬用表撥於r×100檔,首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻都是無窮大,證明此腳就是柵極g。交換錶筆重測量,s-d之間的電阻值應為幾百歐至幾千歐,其中阻值較小的那一次,黑錶筆接的為d極,紅錶筆接的是s極。

日本生產的3sk系列產品,s極與管殼接通,據此很容易確定s極。

(3).檢查放大能力(跨導)

將g極懸空,黑錶筆接d極,紅錶筆接s極,然後用手指觸控g極,表針應有較大的偏轉。雙柵mos場效電晶體有兩個柵極g1、g2。為區分之,可用手分別觸控g1、g2極,其中表針向左側偏轉幅度較大的為g2極。

目前有的mosfet管在g-s極間增加了保護二極體,平時就不需要把各管腳短路了。

mos場效應電晶體使用注意事項。

mos場效應電晶體在使用時應注意分類,不能隨意互換。mos場效應電晶體由於輸入阻抗高(包括mos積體電路)極易被靜電擊穿,使用時應注意以下規則:

(1). mos器件出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中,切勿自行隨便拿個塑膠袋裝。也可用細銅線把各個引腳連線在一起,或用錫紙包裝

(2).取出的mos器件不能在塑料板上滑動,應用金屬盤來盛放待用器件。

(3). 焊接用的電烙鐵必須良好接地。

(4). 在焊接前應把電路板的電源線與地線短接,再mos器件焊接完成後在分開。

(5). mos器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機時順序相反。

(6).電路板在裝機之前,要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子,再把電路板接上去。

(7). mos場效應電晶體的柵極在允許條件下,最好接入保護二極體。在檢修電路時應注意查證原有的保護二極體是否損壞。

場效電晶體的具體原理簡介

場效電晶體屬於電壓控制項,這一特點類似於電子管,但它的構造與工作原理和電子管是截然不同的,與雙極型電晶體相比,場效電晶體具有如下特性。1 場效電晶體是電壓控制器件,它通過vgs來控制id 2 場效電晶體的輸入端電流極小,因此它的輸入電阻很大。3 它是利用多數載流子導電,因此它的溫度穩定性較好 4 它...

場效電晶體總結

一 n溝道emos場效電晶體 1 結構 2 工作原理 工作條件 pn結必須反偏 含零偏 源極一般與襯底相連,所以vds必須為正值。工作過程 1 溝道的形成 vgs 0 指向襯底的電場 吸引電子,排斥空穴 空間電荷 b圖 vgs 電子薄層 n nn 導電溝道 n c圖 開始形成溝道的vgs為開啟電壓 ...

場效電晶體詳細

一 場效管的作用 場效管和三極體一樣都能實現訊號的控制和放大,但它與三極體的工作原理不一樣 場效管也有三隻腳,分別是控制極柵極 g極 源極 s極 漏極 d極 場效管與三極體三隻引腳的對應關係 柵極 g 對應基極 b 源極 s 對應發射極 e 漏極 d 對應集電極 c 二 場效管的分類 主機板中的場效...