FET晶体管类型和MOS管工作原理、应用及作用图文解析

什么是FET（场效应晶体管）

FET，也称(cheng)为(wei)单极晶(jing)体管，是用于控制器件(jian)电性能(neng)的(de)(de)晶(jing)体管。FET具有非常高的(de)(de)输(shu)入(ru)阻(zu)(zu)抗(kang)（在(zai)JFET的(de)(de)情(qing)况下(xia)为(wei)100兆欧(ou)姆，在(zai)MOSFET的(de)(de)情(qing)况下(xia)为(wei)10 4至10 9兆欧(ou)），普通晶(jing)体管的(de)(de)主要缺点(dian)即输(shu)入(ru)阻(zu)(zu)抗(kang)低，从(cong)而加载了信(xin)号源在(zai)FET中。因此(ci)，FET是几(ji)乎在(zai)每(mei)种可以(yi)使(shi)用晶(jing)体管的(de)(de)应用中使(shi)用的(de)(de)理(li)想器件(jian)。FET由(you)于其高输(shu)入(ru)阻(zu)(zu)抗(kang)而被广泛用作示波(bo)器，电子(zi)电压表和其他测量和测试设(she)备(bei)中的(de)(de)输(shu)入(ru)放大器。

1. 由于FET芯(xin)片与BJT芯(xin)片相比占据非常小的空间，因此FET广泛用于IC中。

2. FET用作运算放大(da)器（运算放大(da)器）和音调控制等中(zhong)的电压可变电阻器（WR），用于FM和TV接收器以(yi)及逻辑电路中(zhong)的混频器操作。

3. FET通常用于(yu)数字开关电路，尽(jin)管它(ta)们的工(gong)作速度较低(di)。

FET晶体管的类型

FET有(you)两种类型(xing)--JFET或MOSFET。

结FET晶体(ti)管是一种场(chang)效应晶体(ti)管，可用作电(dian)控开关。电(dian)能流过源(yuan)极与漏极端子之(zhi)间的有源(yuan)沟(gou)道(dao)。通过向(xiang)栅极端子施加反(fan)向(xiang)偏压，沟(gou)道(dao)变形(xing)，从而(er)完全切(qie)断电(dian)流。

结FET晶体管的两种极性

N-沟道JFET

N沟(gou)道JFET由n型棒构成(cheng)，在其两侧掺(chan)杂有两个(ge)p型层。电子(zi)通(tong)道构成(cheng)器(qi)件的(de)N通(tong)道。在N沟(gou)道器(qi)件的(de)两端(duan)形(xing)成(cheng)两个(ge)欧姆(mu)接触，它们连(lian)接在一(yi)起形(xing)成(cheng)栅极端(duan)子(zi)。源(yuan)极(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)(lou)极(ji)(ji)端(duan)子(zi)取自棒(bang)的(de)另(ling)外两(liang)侧。源(yuan)极(ji)(ji)和(he)(he)漏(lou)(lou)极(ji)(ji)端(duan)子(zi)之间的(de)电(dian)(dian)位差(cha)(cha)称为Vdd，源(yuan)极(ji)(ji)和(he)(he)栅极(ji)(ji)端(duan)子(zi)之间的(de)电(dian)(dian)位差(cha)(cha)称为Vgs。电(dian)(dian)荷流动(dong)是由于电(dian)(dian)子(zi)从源(yuan)极(ji)(ji)到漏(lou)(lou)极(ji)(ji)的(de)流动(dong)。

每当在漏极(ji)(ji)(ji)和源极(ji)(ji)(ji)端(duan)子(zi)上施加正(zheng)电压时(shi)，电子(zi)从源极(ji)(ji)(ji)“S”流(liu)到漏极(ji)(ji)(ji)“D”端(duan)子(zi)，而传统的漏极(ji)(ji)(ji)电流(liu)Id流(liu)过漏极(ji)(ji)(ji)到源极(ji)(ji)(ji)。当电流(liu)流(liu)过器件时(shi)，它处于导通状态。当(dang)负极性(xing)电(dian)(dian)压(ya)施(shi)加到(dao)栅极端(duan)子时，在沟(gou)(gou)道(dao)中产(chan)生耗(hao)尽(jin)区。沟(gou)(gou)道(dao)宽度减小，因此增加了源(yuan)极和(he)漏极之间的沟(gou)(gou)道(dao)电(dian)(dian)阻。由于(yu)栅极源(yuan)极结(jie)是反向偏置的，并(bing)且器件中没有电(dian)(dian)流(liu)流(liu)动(dong)，因此它处于(yu)关闭状态。

因此(ci)，基本上如果在栅极端子处施加的(de)电(dian)压增加，则较少量(liang)的(de)电(dian)流(liu)将从源极流(liu)到(dao)漏(lou)极。N沟道(dao)(dao)JFET具有(you)比P沟道(dao)(dao)JFET更(geng)大的(de)导电(dian)性。因此(ci)，与P沟道(dao)(dao)JFET相比，N沟道(dao)(dao)JFET是更(geng)有(you)效的(de)导体。

P沟道JFET

trzvp2106P沟道(dao)JFET由P型(xing)棒(bang)构(gou)成，在其(qi)两侧(ce)掺杂n型(xing)层。通过在两侧(ce)连接(jie)欧姆接(jie)触来形成栅极(ji)端子。与N沟道(dao)JFET一样，源极(ji)和漏(lou)(lou)极(ji)端子取(qu)自棒(bang)的另外两侧(ce)。在源极(ji)和漏(lou)(lou)极(ji)端子之间(jian)形成由作(zuo)为电荷载流子的空穴组成的AP型(xing)沟道(dao)。

P沟道JFET棒

施加到漏极(ji)和源极(ji)端子(zi)的(de)负电(dian)(dian)压(ya)(ya)确保从(cong)源极(ji)到漏极(ji)端子(zi)的(de)电(dian)(dian)流(liu)流(liu)动，并(bing)且器件在欧姆区域中操作。施加到栅极(ji)端子(zi)的(de)正(zheng)电(dian)(dian)压(ya)(ya)确保了(le)沟(gou)道(dao)宽(kuan)度(du)的(de)减(jian)小，从(cong)而增加了(le)沟(gou)道(dao)电(dian)(dian)阻。更正(zheng)的(de)是栅极(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya); 流(liu)过设备的(de)电(dian)(dian)流(liu)越(yue)少。

p沟道结型FET晶体管的特性

下面(mian)给出p沟道结型场效(xiao)应晶(jing)体管的特性曲(qu)线(xian)和晶(jing)体管的不同工作模式(shi)。

截止区域：当施加到栅(zha)极端子(zi)的电(dian)压(ya)足够正(zheng)以使沟道宽度最小时，没(mei)有(you)电(dian)流流动。这导(dao)致设(she)备处(chu)于切断区域。

欧姆区(qu)：流过器件(jian)的(de)(de)电流与(yu)施(shi)加的(de)(de)电压成线性比例(li)，直到达(da)到击(ji)穿电压。在该(gai)区(qu)域中，晶(jing)体(ti)管显示出对电流的(de)(de)一(yi)些阻力。

饱(bao)(bao)和(he)区(qu)：当漏源(yuan)电压(ya)达到一个(ge)值，使(shi)得流(liu)过器(qi)(qi)件的电流(liu)随漏源(yuan)电压(ya)恒(heng)定并(bing)且仅随栅源(yuan)电压(ya)变(bian)化，该器(qi)(qi)件称为饱(bao)(bao)和(he)区(qu)。

击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)区域(yu)：当漏极(ji)(ji)源极(ji)(ji)电压达到导致耗尽区域(yu)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)的值，导致漏极(ji)(ji)电流突然增(zeng)加(jia)时(shi)，该(gai)器件被称为(wei)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)区域(yu)。当栅极(ji)(ji)源极(ji)(ji)电压更正(zheng)时(shi)，对于较低的漏极(ji)(ji)源电压值，可以提(ti)前达到该(gai)击(ji)(ji)穿(chuan)(chuan)区域(yu)。

MOSFET晶体管

MOSFET晶体(ti)管顾名(ming)思(si)义是p型（n型）半导体(ti)棒（具有(you)扩散到(dao)其中的两个(ge)重掺(chan)杂n型区域），其表面上(shang)沉积(ji)有(you)金属(shu)氧(yang)化(hua)物层，并且从该(gai)层取出空穴以形成(cheng)源极和漏(lou)极端子。在氧(yang)化(hua)物层上(shang)沉积(ji)金属(shu)层以形成(cheng)栅(zha)极端子。场效应(ying)晶体(ti)管的基本应(ying)用(yong)之一(yi)是使用(yong)MOS晶体(ti)管作为开(kai)关(guan)。

这种类型的(de)FET晶体管具(ju)有(you)(you)三个端子，即源极(ji)，漏极(ji)和(he)栅极(ji)。施加(jia)到(dao)栅极(ji)端子的(de)电压控制从源极(ji)到(dao)漏极(ji)的(de)电流流动。金属氧化物绝缘层的(de)存在(zai)导致器件具(ju)有(you)(you)高输入阻抗。

基于工作模式的MOSFET晶体管类型

MOSFET晶(jing)体管(guan)是(shi)最常用的(de)场效应晶(jing)体管(guan)类型(xing)。MOSFET工(gong)作以两种模(mo)(mo)式实现，基于哪种MOSFET晶(jing)体管(guan)被分类。增强(qiang)模(mo)(mo)式下的(de)MOSFET工(gong)作包括逐(zhu)渐(jian)形成(cheng)沟道，而在耗(hao)尽型(xing)MOSFET中，它由已(yi)经扩散(san)的(de)沟道组成(cheng)。MOSFET的(de)高(gao)级应用是(shi)CMOS。

增强型MOSFET晶体管

当负电(dian)压施加到MOSFET的栅极(ji)端子时，带正电(dian)荷的载流(liu)子或(huo)空穴(xue)在氧化物层附近更多地累积。从源极(ji)到漏极(ji)端子形(xing)成沟(gou)道。

随(sui)着电(dian)压变得更负，沟道宽度增加并且(qie)电(dian)流从源极(ji)(ji)流到漏(lou)极(ji)(ji)端子。因此，随(sui)着施加的栅极(ji)(ji)电(dian)压的电(dian)流“增强”，该(gai)器件被称为(wei)增强型MOSFET。

耗尽型MOSFET晶体管

耗尽(jin)型(xing)MOSFET由在(zai)漏极(ji)(ji) - 源极(ji)(ji)端子之间(jian)扩散的沟(gou)道(dao)组成。在(zai)没有(you)任何栅极(ji)(ji)电(dian)压的情况下，由于沟(gou)道(dao)，电(dian)流从源极(ji)(ji)流向(xiang)漏极(ji)(ji)。

当该栅极电(dian)压为负时(shi)，正电(dian)荷在沟道(dao)(dao)中累积。这导致通道(dao)(dao)中的耗尽(jin)(jin)区(qu)域或不动电(dian)荷区(qu)域并阻碍电(dian)流的流动。因此，当耗尽(jin)(jin)区(qu)的形成影响电(dian)流时(shi)，该器(qi)件称(cheng)为耗尽(jin)(jin)型MOSFET。

涉及MOSFET作为开关的应用

控制BLDC电机的速度

MOSFET可用(yong)(yong)作开(kai)关以操作DC电机。这里使用(yong)(yong)晶(jing)体(ti)管(guan)来触发(fa)MOSFET。来自微控(kong)制器的(de)PWM信号用(yong)(yong)于接通(tong)或断开(kai)晶(jing)体(ti)管(guan)。

来自微(wei)控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)引脚的(de)逻辑低电(dian)(dian)平信(xin)号(hao)导致OPTO耦合器(qi)(qi)工作，在其输出端(duan)产生(sheng)高逻辑信(xin)号(hao)。PNP晶体管截止，因此MOSFET被触发并(bing)接通。漏极(ji)和(he)源极(ji)端(duan)子短路，电(dian)(dian)流流向电(dian)(dian)动机(ji)绕组(zu)，使(shi)其开(kai)始旋转。PWM信(xin)号(hao)确保电(dian)(dian)机(ji)的(de)速度控(kong)制(zhi)。

驱动一系列LED：

作为开关的(de)MOSFET操作涉及(ji)应用控制LED阵列的(de)强度。这里，由来自外部源(yuan)(yuan)（如微控制器）的(de)信号驱动(dong)的(de)晶体(ti)管(guan)用于驱动(dong)MOSFET。当晶体(ti)管(guan)关断时，MOSFET获得电源(yuan)(yuan)并接通(tong)，从(cong)而为LED阵列提供适(shi)当的(de)偏置。

使用MOSFET开关灯：

MOSFET可用作开(kai)(kai)关(guan)来控制(zhi)灯(deng)的开(kai)(kai)关(guan)。此外，MOSFET也使用晶(jing)体管开(kai)(kai)关(guan)触(chu)发。来自外部源（如微控制(zhi)器）的PWM信(xin)号用于(yu)控制(zhi)晶(jing)体管的导通(tong)，因此MOSFET接通(tong)或断开(kai)(kai)，从(cong)而控制(zhi)灯(deng)的开(kai)(kai)关(guan)。

mos管的作用

1、可(ke)应用(yong)于放大电路。由于MOS管放大器的输入阻抗很(hen)高，因此耦(ou)合电容(rong)可(ke)以容(rong)量(liang)较小，不必使用(yong)电解电容(rong)器。

2、很高的(de)输入阻(zu)抗(kang)非(fei)常适(shi)合作阻(zu)抗(kang)变换(huan)。常用于(yu)多级(ji)放大(da)器(qi)的(de)输入级(ji)作阻(zu)抗(kang)变换(huan)。

3、可以(yi)用作可变电阻。

4、可以方便地用(yong)作恒流源(yuan)。

5、可以用(yong)作(zuo)电子开关。

MOS管为压(ya)控元(yuan)件，你只要加到它(ta)的(de)(de)压(ya)控元(yuan)件所需电(dian)压(ya)就(jiu)能使(shi)它(ta)导(dao)通(tong)，它(ta)的(de)(de)导(dao)通(tong)就(jiu)像(xiang)三极管在饱和状态一样，导(dao)通(tong)结的(de)(de)压(ya)降最小(xiao)。这(zhei)就(jiu)是常说(shuo)的(de)(de)精典是开关(guan)作用。去掉这(zhei)个控制电(dian)压(ya)经就(jiu)截止。我们知道MOS管(guan)对于整个供(gong)电(dian)系(xi)统起着(zhe)稳(wen)压的(de)作用(yong)(yong)，但(dan)是MOS管(guan)不(bu)能单独(du)使用(yong)(yong)，它必须(xu)和电(dian)感线(xian)圈(quan)、电(dian)容等共同组成的(de)滤(lv)波稳(wen)压电(dian)路，才能发挥充分它的(de)优(you)势。

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