場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較:(1)場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下,應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低,又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管。(2)場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。被稱之為雙極型器件。(3)有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好。(4)場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了普遍的應(yīng)用。在安裝場(chǎng)效應(yīng)管時(shí),要確保其散熱良好,避免過熱導(dǎo)致性能下降或損壞。單極型場(chǎng)效應(yīng)管批發(fā)
本文介紹N溝道增強(qiáng)型MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管;(1)結(jié)構(gòu),在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上,制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū),并用金屬鋁引出兩個(gè)電極,分別作漏極d和源極s。然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層,在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個(gè)鋁電極,作為柵極g。襯底上也引出一個(gè)電極B,這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)管子在出廠前已連接好)。它的柵極與其它電極間是絕緣的。單極型場(chǎng)效應(yīng)管批發(fā)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于集成,有助于電子設(shè)備的小型化、輕量化。
場(chǎng)效應(yīng)管的工作方式有兩種:當(dāng)柵壓為零時(shí)有較大漏極電流的稱為耗盡型;當(dāng)柵壓為零,漏極電流也為零,必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強(qiáng)型。作用:1.場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管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(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。3.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。4.場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。5.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。
MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在,這不是我們需要的,而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些,但沒有辦法避免,后邊再詳細(xì)介紹。在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管,在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(如馬達(dá)),這個(gè)二極管很重要??梢栽贛OS管關(guān)斷時(shí)為感性負(fù)載的電動(dòng)勢(shì)提供擊穿通路從而避免MOS管被擊穿損壞。順便說一句,體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在,在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。在設(shè)計(jì)電路時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的場(chǎng)效應(yīng)管類型,以實(shí)現(xiàn)較佳的性能和效果。
與雙極型晶體管相比,場(chǎng)效應(yīng)管具有如下特點(diǎn)。(1)場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件,它通過VGS(柵源電壓)來控制ID(漏極電流);(2)場(chǎng)效應(yīng)管的控制輸入端電流極小,因此它的輸入電阻(107~1012Ω)很大。(3)它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,因此它的溫度穩(wěn)定性較好;(4)它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù);(5)場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng);(6)由于它不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲,所以噪聲低。場(chǎng)效應(yīng)管可用于開關(guān)電路,實(shí)現(xiàn)電路的通斷控制,如電子開關(guān)、繼電器驅(qū)動(dòng)等。單極型場(chǎng)效應(yīng)管批發(fā)
場(chǎng)效應(yīng)管利用電場(chǎng)控制載流子的流動(dòng),通過改變柵極電壓,控制源極和漏極之間的電流。單極型場(chǎng)效應(yīng)管批發(fā)
開始形成溝道時(shí)的柵——源極電壓稱為開啟電壓,用VT表示。上面討論的N溝道MOS管在vGS<VT時(shí),不能形成導(dǎo)電溝道,管子處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)vGS≥VT時(shí),才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道的MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。溝道形成以后,在漏——源極間加上正向電壓vDS,就有漏極電流產(chǎn)生。vDS對(duì)iD的影響:當(dāng)vGS>VT且為一確定值時(shí),漏——源電壓vDS對(duì)導(dǎo)電溝道及電流iD的影響與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相似。P溝道耗盡型MOSFET:P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同,只不過導(dǎo)電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。單極型場(chǎng)效應(yīng)管批發(fā)