场效应管工作原理(经典)概要
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最经典MOS管电路工作原理及详解没有之一最经典MOS管电路工作原理及详解没有之一引言金属氧化物半导体场效应管(MOS管)是现代电子器件中最重要的元件之一。
其简单可靠的特性使得它被广泛应用于各种电路中。
本文将详细介绍MOS管的工作原理及其在电路中的应用。
MOS管基本结构MOS管由金属-氧化物-半导体结构组成。
它包括一个P型或N型基底(S)和负电压 gate 之间的氧化层与金属电极(G)以及源(D)和漏极(S)两个接触点。
氧化层通常由二氧化硅材料构成。
MOS管工作原理MOS管的工作原理是基于栅极电场对电荷载体浓度的控制。
当施加在栅极上的电压发生变化时,电场会改变二氧化硅层下的电荷载体浓度。
这将导致了漏极和源极区域之间的电流的控制。
MOS管的工作可以分为三个区域:割开区(cutoff)、线性区(linear)和饱和区(saturation)。
割开区当栅极电压低于阈值电压时,MOS管处于割开区,漏极和源极之间的电流几乎没有流动。
在这个区域内,MOS管相当于一个开断的开关,不导通任何电流。
线性区当栅极电压超过阈值电压,但不足以将MOS管推入饱和区时,MOS管处于线性区。
在这个区域内,漏极和源极之间的电流与栅极电压成正比。
可以调节栅极电压来控制电流的大小。
饱和区当栅极电压足以将MOS管推入饱和区时,MOS管处于饱和区。
在这个区域内,电流几乎不再与栅极电压有关,而主要取决于漏极和源极之间的电压差。
MOS管在饱和区工作时,可提供稳定的电流放大功能。
MOS管电路应用MOS管由于其优越的特性,广泛应用于各种电路中。
以下是几个常见的MOS管电路应用示例:开关电路MOS管作为开关元件的应用十分广泛。
在数字电路中,MOS管可用于实现逻辑门电路,通过调节栅极电压来控制电流的开关状态。
,MOS管还可用于交流电源开关、电机驱动器等电路中。
放大电路MOS管可用作放大电路的关键组件。
在放大电路中,MOS管的饱和区工作特性使得其能够提供高增益的放大功能。
场效应管的工作原理首先,我们来看场效应管的结构。
场效应管由栅极(Gate)、漏极(Drain)和源极(Source)三个电极组成。
栅极上面覆盖有一层绝缘层,通常是氧化硅。
在绝缘层上面覆盖有一层金属或多晶硅,这就是栅极。
漏极和源极之间形成一个N型或P型的半导体材料,这就是场效应管的基本结构。
当在栅极上施加一个正电压时,栅极和源极之间形成一个电场,这个电场会影响漏极和源极之间的载流子浓度分布。
当栅极上的电压变化时,电场的强度也会发生变化,从而影响漏极和源极之间的电流。
这就是场效应管的工作原理。
在场效应管中,最常见的有金属氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,简称MOSFET)和绝缘栅场效应管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)。
MOSFET是一种电压控制型场效应管,它的栅极上的绝缘层可以有效地控制栅极和漏极之间的电流。
IGBT结合了场效应管和双极晶体管的优点,具有高输入阻抗和低输出阻抗的特点,适合用于高压大电流的场合。
场效应管的工作原理可以总结为,电压控制电流。
通过在栅极上施加不同的电压,可以控制漏极和源极之间的电流大小,从而实现对电路的放大、开关和调节等功能。
场效应管具有响应速度快、功耗低、体积小等优点,因此在现代电子器件中得到了广泛的应用。
总的来说,场效应管是一种重要的半导体器件,它的工作原理是基于电场对半导体中载流子浓度的调控。
通过在栅极上施加电压,可以控制漏极和源极之间的电流,实现对电路的控制。
不同类型的场效应管具有不同的特点和应用场合,但它们的工作原理都是基于电场对载流子浓度的调控。
场效应管在电子领域有着广泛的应用前景,对于我们理解和掌握它的工作原理,具有重要的意义。
场效应管工作原理(1)场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
一、场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS 功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管,3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#,CS代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
mos场效应管工作原理
场效应管(又称为MOSFET, Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种三极管,它是由金属-氧化物-半导体结
构组成的。
MOS场效应管的工作原理基于其门电压对导电状态的控制。
它主要由四个部分组成:栅极(gate)、漏极(drain)、源极(source)和绝缘层(insulating layer)。
栅极和源极之间绝缘层两侧有一个
半导体通道。
当没有电压应用在栅极时,绝缘层将阻止电流在通道中的流动,MOSFET处于关断状态,导电性排斥。
但是,当正电压应用
在栅极上时,它会形成一个电场,这个电场会吸引并导致半导体通道中的载流子(电子或空穴)向栅极周围移动。
这将导致通
道处于导通状态,由源极到漏极流动的电流增加。
根据栅极与源极之间的电压,MOSFET可以操作在三个不同
的工作区域:截止区、线性区和饱和区。
- 截止区:当栅极电压低于门阈电压时,MOSFET处于截止状态,没有电流流过整个器件。
- 线性区:当栅极电压高于门阈电压时,MOSFET处于线性区,电流的大小与栅极电压的差值成正比。
- 饱和区:当栅极电压进一步增加,使得MOSFET工作在饱和区,此时电流基本保持不变。
通过调整栅极电压,可以控制MOSFET的导通和截止,从而
实现对电流的控制和放大功能。
因此,MOSFET被广泛应用于电子设备,如放大器、开关和逻辑电路等。
场效应管的基础知识:
场效应管(Field Effect Transistor,FET)是一种利用电场效应来控制半导体器件中的电流流动的半导体器件。
以下是场效应管的基础知识:
1.工作原理:场效应管利用电场效应原理,通过控制栅极电压来控制源极和漏极之间
的电流。
当栅极电压为零时,源极和漏极之间没有电流。
当栅极电压不为零时,电场效应使得半导体内的电子聚集在沟道的一侧,形成导电沟道,从而使得源极和漏极之间有电流流动。
2.结构:场效应管的结构包括源极(Source)、漏极(Drain)、栅极(Gate)三个电
极。
源极和漏极之间是半导体材料,称为沟道。
栅极位于源极和漏极之间,通过控制栅极电压来控制沟道的通断。
3.类型:场效应管有N沟道和P沟道两种类型。
N沟道场效应管的源极和漏极之间是
N型半导体,P沟道场效应管的源极和漏极之间是P型半导体。
4.特性曲线:场效应管的特性曲线包括转移特性曲线和输出特性曲线。
转移特性曲线
表示栅极电压对漏极电流的影响,输出特性曲线表示漏极电流与漏极电压之间的关系。
5.应用:场效应管广泛应用于电子设备中,如放大器、振荡器、开关等。
由于场效应
管具有体积小、重量轻、寿命长等优点,因此在便携式设备、移动通信等领域得到广泛应用。
场效应管的工作原理及应用一、场效应管的基本原理场效应管(FET)是一种基于电场效应的半导体器件,它主要由三个区域组成:栅极(Gate)、漏极(Source)和源极(Drain)。
场效应管的工作原理是通过在栅极施加电压来控制漏极和源极之间的电流。
实际上,场效应管的工作原理与双极型晶体管(BJT)有很大的不同。
BJT是通过调节基极电流来控制集电极电流,而FET则是通过控制栅极电压来控制漏极和源极之间的电流。
这种控制电压的方式使得场效应管具有以下优点:•输入电阻高:场效应管的输入电阻非常高,这意味着输入信号对于场效应管来说几乎没有损耗。
•输出阻抗低:场效应管的输出电阻非常低,可以提供较大的输出功率。
•可靠性好:场效应管的制造工艺相对简单,因此具有较高的可靠性。
二、场效应管的种类及特点场效应管分为三种,分别是MOSFET、JFET和IGFET。
它们各自具有以下特点:1. MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)•结构复杂:MOSFET由金属栅极、绝缘层和半导体材料组成,结构较为复杂。
•低功耗:MOSFET的功耗较低,适用于集成电路和低功耗应用。
•可控性强:MOSFET的栅极电压可通过改变电压来控制漏极和源极之间的电流。
2. JFET(结型场效应管)•结构简单:JFET由两个半导体材料构成,结构较为简单。
•低噪声:JFET具有低噪声、高增益和大动态范围的特点,适用于音频放大器等应用。
•可控性弱:JFET的控制电压较低,控制灵敏度相对较弱。
3. IGFET(绝缘栅极场效应管)•高速开关:IGFET具有较高的开关速度和低损耗,适用于高频功率放大器等应用。
•可控性中等:IGFET的栅极电压对电流的控制相对较强,但仍不及MOSFET。
三、场效应管的应用场效应管广泛应用于各种电子设备和系统中,包括但不限于以下领域:1.放大器:由于场效应管具有高输入电阻和低输出阻抗的特点,因此可以用作信号放大器。
在音频放大器、射频放大器、视频放大器等设备中,场效应管常被用来放大弱信号。
场效应管的作用及原理
场效应管是一种重要的电子器件,它在电子技术中起着至关重要的作用。
本文将介绍场效应管的作用及原理。
一、场效应管的作用
场效应管的主要作用是放大和开关信号。
它可以根据输入信号的大小,通过控制栅极电压来改变输出信号的幅度。
场效应管具有高输入阻抗和低输出阻抗的特性,因此可以有效地将输入信号放大,并将放大后的信号输出到负载上。
此外,场效应管还可以作为开关使用,通过控制栅极电压来控制导通或截止状态,实现信号的开关控制。
二、场效应管的原理
场效应管的工作原理是基于电场控制电流的机制。
它由源极、漏极和栅极组成。
当栅极施加正电压时,栅极与源极之间形成一个正电场,这会吸引漂浮在栅极上的自由电子,使得栅极与源极之间形成导电通道。
电子通过通道流向漏极,形成电流。
此时,场效应管处于导通状态。
相反,当栅极施加负电压或不施加电压时,栅极与源极之间的电场消失,导电通道关闭,电流无法通过。
此时,场效应管处于截止状态。
由于栅极与源极之间的电场可以通过改变栅极电压来控制,因此场效应管具有电压控制电流的特性。
栅极电压变化可以引起漏极电流的变化,从而实现对信号的放大或开关控制。
三、总结
场效应管是一种重要的电子器件,它可以实现信号的放大和开关控制。
其工作原理是通过电场控制电流,栅极电压的变化可以改变漏极电流,从而实现对信号的控制。
场效应管具有高输入阻抗和低输出阻抗的特性,适用于各种电子设备中的放大和开关电路。
通过深入理解场效应管的作用和原理,我们可以更好地应用和设计电子电路,推动电子技术的发展。
结型场效应管的工作原理N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同,现以N 沟道结型场效应管为例,分析其工作原理。
N 沟道结型场效应管工作时,需要外加如图1所示的偏置电压,即在栅-源极间加一负电压(v GS <0),使栅-源极间的P +N 结反偏,栅极电流i G ≈0,场效应管呈现很高的输入电阻(高达108Ω左右)。
在漏-源极间加一正电压(v DS >0),使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动,形成漏极电流i D 。
i D 的大小主要受栅-源电压v GS 控制,同时也受漏-源电压v DS 的影响。
因此,讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压v GS 对沟道电阻及漏极电流i D 的控制作用,以及漏-源电压v DS 对漏极电流i D 的影响。
转移特性:在u DS 一定时, 漏极电流i D 与栅源电压u GS 之间的关系称为转移特性。
()|D gs ds u i f u ==常数在U GS(off)≤u GS ≤0的范围内, 漏极电流i D 与栅极电压u GS 的关系为2()(1)GSD DDS GS off u i I u =-2) 输出特性:输出特性是指栅源电压u GS 一定, 漏极电流i D 与漏极电压u DS 之间的关系。
()|D s gs d u i f u ==常数GS 0123451.v GS对沟道电阻及i D的控制作用图2所示电路说明了v GS对沟道电阻的控制作用。
为便于讨论,先假设漏-源极间所加的电压v DS=0。
当栅-源电压v GS=0时,沟道较宽,其电阻较小,如图2(a)所示。
当v GS<0,且其大小增加时,在这个反偏电压的作用下,两个P+N结耗尽层将加宽。
由于N区掺杂浓度小于P+区,因此,随着|v GS| 的增加,耗尽层将主要向N沟道中扩展,使沟道变窄,沟道电阻增大,如图2(b)所示。
当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时,两侧的耗尽层将在沟道中央合拢,沟道全部被夹断,如图2(c)所示。
场效应管的工作原理首先,让我们来了解一下场效应管的基本结构。
场效应管由栅极、漏极和源极三个主要部分组成。
其中,栅极位于介质层上,通过栅极与源极之间的电场来控制漏极和源极之间的电流。
漏极和源极则位于半导体材料中,通过控制栅极电场的变化来调节漏极和源极之间的电流。
这种结构使得场效应管具有了高输入电阻、低噪声、低功耗等优点,适用于各种电路设计需求。
其次,让我们来了解一下场效应管的工作原理。
场效应管的工作原理主要是通过控制栅极电场来改变漏极和源极之间的电流。
当栅极施加了一定的电压时,栅极和源极之间形成了电场,这个电场会影响半导体中的载流子分布,从而改变了漏极和源极之间的电流。
当栅极电压为正时,电场会吸引负载流子,使得漏极和源极之间的电流增大;当栅极电压为负时,电场会排斥负载流子,使得漏极和源极之间的电流减小。
通过调节栅极电压的大小,可以实现对漏极和源极之间电流的精确控制,从而实现信号放大、开关控制等功能。
此外,场效应管还具有许多特性,例如高输入电阻、低噪声、低功耗、频率响应快等。
这些特性使得场效应管在各种电子设备中得到了广泛的应用,包括放大器、开关、振荡器、滤波器等。
同时,场效应管还具有很好的温度稳定性和可靠性,能够在各种环境条件下正常工作。
综上所述,场效应管是一种基于电场调控的半导体器件,具有许多优良的特性,被广泛应用于各种电子设备中。
通过控制栅极电场来改变漏极和源极之间的电流,实现了信号放大、开关控制等功能。
它的特性包括高输入电阻、低噪声、低功耗、频率响应快等,使得它在电子领域中具有重要的地位。
希望本文对场效应管的工作原理有所帮助,让读者对这一领域有更深入的了解。
场效应管工作原理MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心,在介绍该部分工作原理之前,先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET,既Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor(金属氧化物半导体场效应管)的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管,其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型,PNP型也叫P沟道型。
由图可看出,对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上,同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管,其输出电流是由输入的电压(或称电场)控制,可以认为输入电流极小或没有输入电流,这使得该器件有很高的输入阻抗,同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理,我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示,我们知道在二极管加上正向电压(P端接正极,N端接负极)时,二极管导通,其PN结有电流通过。
这是因为在P型半导体端为正电压时,N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端,而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动,从而形成导通电流。
同理,当二极管加上反向电压(P端接负极,N端接正极)时,这时在P型半导体端为负电压,正电子被聚集在P型半导体端,负电子则聚集在N型半导体端,电子不移动,其PN结没有电流通过,二极管截止。
N沟道MOS FET的源极S接负,漏极接正,栅极接正,与NPN三极管接法相同!(发射极E、集电极C、基极B)MOSFET管内部两根线连载一起的是源极S图7 N沟道MOSFET场效应管在栅极没有电压时,由前面分析可知,在源极与漏极之间不会有电流流过,此时场效应管处与截止状态(图7a)。
当有一个正电压加在N沟道的MOS 场效应管栅极上时,由于电场的作用,此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极,但由于氧化膜的阻挡,使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中(见图7b),从而形成电流,使源极和漏极之间导通。
场效应晶体管工作原理
场效应晶体管是一种三极管,由源极、栅极和漏极组成。
其工作原理是通过控制栅极电压来调节源漏电流。
当栅极与源极之间施加了一个正电压(称为栅源正电压),则栅源之间形成一个正偏压,并在栅极表面形成一个用于控制电流的电场。
这个电场会导致沿着栅极-漏极之间的衬底表面形成一个可控的导电通道,从而允许电流流动。
当栅源电压为零时,场效应晶体管处于截止状态,导电通道被阻断,源漏电流几乎为零。
当栅源电压增加到某个临界值以上时,导电通道开始形成,电流通过。
此时晶体管处于饱和状态。
场效应晶体管的源漏电流与栅源电压呈指数关系,即使微小的栅源电压变化也能导致大幅度的源漏电流变化。
因此,场效应晶体管具有高增益和低功耗的特点,被广泛应用于各种电子设备中。
场效应管详解一、场效应管的基本概念场效应管(Field-Effect Transistor,简称FET)是一种三极管,由栅极、漏极和源极三个电极组成。
栅极与漏极之间通过电场控制漏极和源极之间的电流。
二、场效应管的工作原理场效应管的工作原理基于电场控制电流的效应。
当栅极施加一定电压时,在栅极和漏极之间形成了一个电场,这个电场控制着漏极和源极之间的电流。
通过调节栅极电压,可以改变漏极和源极之间的电流,实现对电流的控制。
三、场效应管的分类根据不同的控制机构,场效应管可以分为三种类型:MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应管)、JFET(结型场效应管)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。
MOSFET是最常见的一种场效应管。
四、场效应管的特点和优势1. 高输入阻抗:场效应管的栅极是绝缘层,因此栅极和源极之间的电流极小,使得场效应管具有很高的输入阻抗。
2. 低噪声:由于高输入阻抗的特性,场效应管的噪声很低。
3. 低功耗:场效应管的控制电流很小,从而使得其功耗较低。
4. 快速开关速度:场效应管的开关速度较快,适合高频应用。
五、场效应管的应用领域场效应管广泛应用于各种电子设备中,包括放大器、开关电路、调节电路、振荡器等。
在电子行业中,场效应管已经成为一种重要的电子元件。
六、场效应管的优化和发展随着科技的不断进步,场效应管也在不断优化和发展。
目前,一些新型的场效应管已经出现,如高电压场效应管、功率场效应管等,以满足不同领域对场效应管的需求。
场效应管作为一种重要的电子元件,具有较高的输入阻抗、低噪声、低功耗和快速开关速度等特点,广泛应用于各种电子设备中。
随着科技的不断发展,场效应管的优化和发展也在不断进行,使其能更好地满足不同领域的需求。
场效应管的研究和应用将继续推动电子技术的发展,为人们的生活带来更多便利和创新。
最经典MOS管电路工作原理及详解没有之一最经典MOS管电路工作原理及详解第一章引言MOS管(金属氧化物半导体场效应管)是一种重要的主动元件,广泛应用于各种电路中。
本文将详细介绍MOS管的工作原理及其相关知识。
第二章 MOS管的基本结构MOS管由金属氧化物半导体(MOS)结构构成,主要由金属电极(Gate)、绝缘层(Oxide)和半导体材料(Semiconductor)组成。
其中,绝缘层通常采用氧化硅(SiO2)第三章 MOS管的工作原理1.导通状态当Gate电极施加正向偏置电压时,会在绝缘层下形成一个电荷压积区,使半导体材料导电区域(Channel)形成N型导电层。
此时,MOS管处于导通状态。
2.截止状态当Gate电极施加负向偏置电压时,电荷压积区减小,导电区域几乎消失,MOS管处于截止状态。
第四章 MOS管的基本参数1.阈值电压(Vth):________在Gate电极施加一定电压时,MOS管刚刚处于导通状态和截止状态之间的电压。
2.转导:________当MOS管导通时,Gate与Source电压之间的变化引起Drn电流的变化。
3.输出电阻:________反映MOS管输入和输出特性之间的关系。
输出电阻越小,MOS管的放大能力越强。
第五章常见MOS管电路1.CMOS电路:________由N型MOS管和P型MOS管组成的互补结构,广泛应用于数字电路中。
2.放大电路:________利用MOS管的放大特性,设计各种放大电路,如共源极放大电路、共漏极放大电路等。
3.开关电路:________利用MOS管的导通截止特性,设计开关电路,如开关电源、交流开关等。
第六章附件本文档涉及的附件包括MOS管的示意图、工作曲线图等,可在附件文件中查看详细内容。
第七章法律名词及注释1.MOS管:________金属氧化物半导体场效应管,是一种主动元件。
2.Gate:________MOS管的控制电极,用于控制MOS管的导通截止状态。
场效应管工作原理是什么场效应管(Field Effect Transistor,FET)是一种基于电场调制导电性的半导体器件。
它是由美国贝尔实验室的朱恩教授于1959年发明的,是晶体管的一种重要补充和替代。
场效应管的工作原理是通过控制电场在半导体材料中的分布来改变导电性能。
场效应管由三个区域构成:源极(Source)、漏极(Drain)和栅极(Gate)。
其中,源极和漏极之间有一段N或P型半导体作为通道(Channel),而栅极通过绝缘层(如氧化硅)与通道相隔,通过外加电压来调节栅极附近的电场分布情况,从而控制通道电阻的大小。
主要有两种类型的场效应管,即结型场效应管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)。
结型场效应管的主要特点是具有双极性,它可以有N型和P型两种。
当栅极电压为零或接近零时,N沟道型JFET导通,P沟道型JFET截止;而当栅极电压增加时,N沟道型JFET逐渐截止,P沟道型JFET逐渐导通。
栅极电压与源极电压之间的关系符合一个指数函数。
当栅极电压达到极限值时,沟道完全关闭,导通状态中断。
MOSFET是当前最主要的场效应管。
它的主要特点是电流输入高阻抗、工作频率高、噪音低、可靠性好等。
MOSFET由两个区域组成:N型或P型的半导体基片,以及与之相连的金属-氧化物层(MOS结构)。
MOSFET的栅极控制电压通过氧化层对电子流的屏蔽作用来调节,进而控制通道的导电能力。
栅极电压足够高时,通道会开启,电流通过;而当栅极电压较低,通道会关闭,电流无法通过。
在MOSFET中,根据栅极结构的不同可以分为MOSFET和IGFET (Insulated Gate Field Effect Transistor)两种。
其中,栅极金属-半导体结构的MOSFET被称为MOSFET,而绝缘栅结构的MOSFET则被称为IGFET。
场效应管的工作原理可以总结如下:1.栅极控制:通过改变栅极电压,控制电场分布并调节通道电阻大小。
mos场效应管工作原理场效应管(MOSFET)是一种常见的半导体器件,它在现代电子设备中起着至关重要的作用。
它是一种电压控制型的场效应晶体管,由于其高输入阻抗和低输出阻抗,被广泛应用于放大、开关和电压控制等电路中。
下面我们将详细介绍MOS场效应管的工作原理。
MOS场效应管由金属氧化物半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)组成,其基本结构包括栅极、漏极和源极。
其中,栅极是通过栅极氧化层与半导体材料隔离开的,这就使得栅极和半导体之间的电容可以通过控制栅极电压来控制。
当在栅极上施加一个电压时,栅极和半导体之间的电场就会发生变化,从而改变了半导体中的载流子浓度,最终影响了MOS管的导通特性。
在MOS场效应管中,当栅极电压为零时,栅极和半导体之间不存在电场,此时MOS管处于截止状态,无法导电。
而当栅极电压增加到一定程度时,电场会穿透栅极氧化层,影响半导体中的载流子浓度,使得漏极和源极之间形成导电通道,此时MOS管处于导通状态。
因此,MOS场效应管的工作原理可以简单地描述为,通过改变栅极电压来控制漏极和源极之间的导电通道,从而实现对电流的控制。
MOS场效应管的工作原理可以进一步解释为栅极电压改变了半导体中的电荷分布,当栅极电压增加时,半导体中的电荷浓度也会相应地增加,从而改变了漏极和源极之间的导电特性。
这种电荷控制的特性使得MOS管具有了高输入阻抗和低输出阻抗的特点,能够在电路中起到放大、开关和电压控制等作用。
总的来说,MOS场效应管的工作原理是通过改变栅极电压来控制漏极和源极之间的导电通道,从而实现对电流的控制。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗的特点,在现代电子设备中得到了广泛的应用。
希望通过本文的介绍,能够更好地理解MOS场效应管的工作原理,为相关领域的研究和应用提供帮助。
场效应管的工作原理1 基本概念场效应管(Field Effect Transistor,简称 FET)是一种电子元件,作为控制电流的必备仪器,它可以根据控制端的输入信号控制输出端的电流大小,从而配合其它的电子构成电路。
场效应管不但在电子领域应用广泛,也是芯片的基础部件。
场效应管在洛克菲勒(Rockefeller)科技沙龙上诞生,它是由其几个专家发明的,并在1959年获得了美国工程院奖。
2 工作原理场效应管的工作原理很简单:结构简单,基本上只有source(源极),drain(漏极),gate(控制极)三个端子。
类比于水管的工作原理,当你给水管加压力,就能够控制水流的大小,就像场效应管一样。
一个场效应管可以被看做一个只有触发端无法控制输出电流的管子,触发端加入电场后,就可以控制输出电流的强度,从而达成控制输出信号的目的。
3 分类根据场效应管端子结构和外型,可以将场效应管分为N型场效应管(N-channel FET)与P型场效应管(P-channel FET)。
N型场效应管(N-FET)的工作原理基本等同于N沟道场效应管(N-channel MOSFET),它们之间的主要区别在于N-channel MOSFET是一种新型场效应管,它比N型场效应管更加高级。
P型场效应管(P-FET)的工作原理与N型场效应管的相反,它们之间的最大差异在于P-FET在触发端施加电压时,它可以开启漏极到源极的导通,而N-FET是施加电压时会关闭漏极到源极的电路导通。
4 优势场效应管比传统的晶体管有许多优点,其中最显著的就是低功耗电路,由于场效应管放电分小,因此它可以极大节省电能,同时可以提供更好的可靠性,降低热惑和热效应,这可以大大改善设备的寿命和可靠性。
此外,触发电压的需求比晶体管更小,也更加容易操作。
此外,场效应管也可以明显减少硅片的体积,而节省体积也可以为电路设计节省成本,使电子产品更容易被普及。
5 不足与众多优点相比,场效应管也存在一些缺点。
MOS场效应管原理场效应管(MOSFET)是一种电子元件,常用于电子设备中的功率放大器、开关和模拟调节等电路中。
它通过控制栅极电压来改变沟道中的电荷密度,从而控制电流流动。
MOSFET的工作原理基于场效应,也就是通过栅极电压来控制源漏电流。
MOSFET有三个电极:源极(source)、栅极(gate)和漏极(drain)。
沟道则分布在漏极和源极之间。
栅极的电压可以控制沟道中的电荷,而沟道中电荷的变化又决定了沟道的导电性。
栅极与源极之间的电压称为栅极源极电压(Vgs),漏极与源极之间的电压称为漏极源极电压(Vds)。
当栅极源极电压为零或极小的正值时,沟道中没有或几乎没有电荷,MOSFET处于关闭状态,称为开关开启,此时漏极源极电压对电流的影响很小。
当栅极源极电压增大到一定程度时,栅极电压会引起沟道区的电荷向漏极源极移动。
在这种情况下,电流可以通过沟道流动。
这时,MOSFET处于开启状态,称为开关关闭。
当漏极源极电压增大时,电流的流动会变得更容易,而当漏极源极电压降低时,电流的流动会受到限制。
MOSFET的导电特性取决于沟道中的电荷密度,而沟道中的电荷密度又取决于栅极源极电压。
通过调整栅极电压,可以改变沟道的电荷密度,从而控制电流的流动。
MOSFET的工作原理可以分为三个阶段:1.截止区:当栅极源极电压小于阈值电压(一般为正值)时,MOSFET处于截止区,没有漏极源极电流流动。
这时栅极电压不足以形成足够的电场来吸引电子。
2.过渡区:当栅极源极电压超过阈值电压时,电子开始沿着漏极源极方向移动,形成电流。
这时栅极电压足够产生足够的电场,使得电子在沟道中移动。
3.饱和区:当栅极源极电压继续增加时,电子密度增加,形成的电流达到饱和状态。
此时,进一步增加栅极源极电压不会使电流再次增加。
MOSFET的主要优点是高输入阻抗、低功耗、高开关速度和可靠性高。
它也有一些应用上的特点,比如在数字电路中可用作开关,用来控制信号的开关状态;在模拟电路中用作放大器,通过调整栅极电压来控制放大倍数;在功率电子和集成电路领域中应用广泛。
场效应管的工作原理详解场效应管(Field Effect Transistor,FET)是一种常用的半导体器件,具有广泛的应用领域,如放大器、开关、逆变等。
本文将详细介绍场效应管的工作原理。
一、场效应管的基本结构场效应管由栅极(Gate)、漏极(Drain)和源极(Source)三个部分组成。
其中栅极与源极之间的电压(Vgs)作用于栅极与源极之间的绝缘层,控制电流从漏极到源极的通断状态。
二、N沟道场效应管(N-Channel FET)1. 静态工作原理N沟道场效应管作为一种N型材料构成的器件,其栅极与源极之间的电压(Vgs)为负数时,使得栅极与沟道之间的电场均匀,形成一个浓度较高的N型沟道,使得漏极和源极之间的导通电阻减小。
当Vgs=0时,N沟道场效应管处于截止状态。
2. 动态工作原理当将正向电压(Vds)加到漏极和源极之间时,漏极端的电势较低,而源极端较高。
此时通过漏极和源极之间的电阻小,使得电流从漏极流向源极。
当电压Vds增大时,漏极电势继续下降,导致沟道中的电子浓度减小,电阻增加。
最终,当Vds达到一定值时,沟道中的电阻增大到一定程度,使得电流几乎不再增加,即处于饱和状态。
此时的电流为IDSS,对应的电压为Vp。
三、P沟道场效应管(P-Channel FET)1. 静态工作原理P沟道场效应管作为一种P型材料构成的器件,其栅极与源极之间的电压(Vgs)为正数时,使得栅极与沟道之间的电场均匀,形成一个浓度较高的P型沟道,使得漏极和源极之间的导通电阻减小。
当Vgs=0时,P沟道场效应管处于截止状态。
2. 动态工作原理当将负向电压(Vds)加到漏极和源极之间时,漏极端的电势较高,而源极端较低。
此时通过漏极和源极之间的电阻小,使得电流从源极流向漏极。
当电压Vds增大时,漏极电势继续上升,导致沟道中的空穴浓度减小,电阻增加。
最终,当Vds达到一定值时,沟道中的电阻增大到一定程度,使得电流几乎不再增加,即处于饱和状态。
MOS管工作原理详细讲解
MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)是一种常见的场
效应晶体管,其工作原理可以分为三个主要部份:栅极控制、沟道形成和电流传输。
1. 栅极控制:MOS管的栅极是通过栅极电压来控制沟道中的电流流动。
当栅
极电压为零时,沟道中没有电流流动,即处于截止状态。
当栅极电压增加到临界电压(阈值电压)以上时,栅极和沟道之间的氧化物层下形成一个正负电荷分布,这个电荷分布会在栅极电场的作用下改变沟道的导电性质。
栅极电压越高,沟道的导电性越好,电流流动越大。
2. 沟道形成:当栅极电压高于阈值电压时,沟道中会形成一个导电通道,这个
通道是由沟道区的材料(通常是n型或者p型半导体)构成的。
沟道的导电性质由栅极电压决定,当栅极电压高于阈值电压时,沟道的导电性会增强,而当栅极电压低于阈值电压时,沟道的导电性会减弱或者消失。
3. 电流传输:当沟道形成后,源极和漏极之间就可以传输电流了。
当漏极施加
一个较高的电压时,电子会从源极进入沟道并流向漏极,形成漏极电流。
这个电流的大小取决于沟道的导电性质和源漏电压之间的差异。
当源漏电压增加时,电流也会随之增加。
总结起来,MOS管的工作原理是通过栅极电压控制沟道的导电性质,从而控
制源漏之间的电流传输。
栅极电压高于阈值电压时,沟道形成并导电;栅极电压低于阈值电压时,沟道消失并截止电流。
这种栅极控制的特性使得MOS管在集成电
路中广泛应用。
场效应管工作原理介绍
一、介绍
气场效应管是一种不需要接触电极的开关装置,它利用Spragg的力
学效应而发展而来,是一种先进的无接触电气开关装置。
它的作用是利用
受力的空气层能够把外界的物理因素(如气压、温度、照度、湿度等等)
转换成电路中的电信号,从而实现对室内外环境的检测和自动控制。
气场效应管是由一个有限的金属管内的空气层组成的,由两个特殊的
金属片桥接,连接一个晶体管单元。
金属片固定在金属管的相对侧壁上,
当空气在金属管内移动时,其移动的气体流会产生电势差,从而产生电流
的输出,以控制电路单元的功能,从而实现自动巡视和控制。
气场效应管的主要优势在于可以快速响应外界环境的变化,因为它使
用了空气,而不是电势差或电流的气体,所以可以快速反应出外界的变化,从而实现自动控制。
其次,气场效应管可以检测出释放的气体,因为它可
以准确的感知出环境中的污染气体,从而实现良好的环境监测。
气场效应管的应用非常广泛,如实验室自动控制系统、消防自动控制
系统、电子设备传动控制、温度监测及控制系统、空气污染监测及控制系统、温湿度监测及调节等等。
场效应管工作原理MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心,在介绍该部分工作原理之前,先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET,既Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor(金属氧化物半导体场效应管)的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管,其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型,PNP型也叫P沟道型。
由图可看出,对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上,同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管,其输出电流是由输入的电压(或称电场)控制,可以认为输入电流极小或没有输入电流,这使得该器件有很高的输入阻抗,同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理,我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示,我们知道在二极管加上正向电压(P端接正极,N端接负极)时,二极管导通,其PN结有电流通过。
这是因为在P型半导体端为正电压时,N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端,而P型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动,从而形成导通电流。
同理,当二极管加上反向电压(P端接负极,N端接正极)时,这时在P型半导体端为负电压,正电子被聚集在P型半导体端,负电子则聚集在N型半导体端,电子不移动,其PN结没有电流通过,二极管截止。
N沟道MOS FET的源极S接负,漏极接正,栅极接正,与NPN三极管接法相同!(发射极E、集电极C、基极B)MOSFET管内部两根线连载一起的是源极S图7 N沟道MOSFET场效应管在栅极没有电压时,由前面分析可知,在源极与漏极之间不会有电流流过,此时场效应管处与截止状态(图7a)。
当有一个正电压加在N沟道的MOS 场效应管栅极上时,由于电场的作用,此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极,但由于氧化膜的阻挡,使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中(见图7b),从而形成电流,使源极和漏极之间导通。
我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟,栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁,该桥的大小由栅压的大小决定。
图8给出了P沟道的MOS场效应管的工作过程,其工作原理类似这里不再重复。
P沟道MOS FET的源级S接负,漏极接正,栅极接正,与PNP三极管接法相同!(发射极E、集电极C、基极B)MOSFET管内部两根线连载一起的是源极S图8 P沟道MOSFET场效应管下面简述一下用C-MOS场效应管(增强型MOS场效应管)组成的应用电路的工作过程(见图9)。
电路将一个增强型P沟道MOS场效应管和一个增强型N沟道MOS场效应管组合在一起使用。
当输入端为低电平时,P沟道MOS场效应管导通,输出端与电源正极接通。
当输入端为高电平时,N沟道MOS场效应管导通,输出端与电源地接通。
在该电路中,P沟道MOS场效应管和N沟道MOS场效应管总是在相反的状态下工作,其相位输入端和输出端相反。
通过这种工作方式我们可以获得较大的电流输出。
同时由于漏电流的影响,使得栅压在还没有到0V,通常在栅极电压小于1到2V时,MOS场效应管既被关断。
不同场效应管其关断电压略有不同。
也正因为如此,使得该电路不会因为两管同时导通而造成电源短路。
由以上分析我们可以画出原理图中MOS场效应管电路部分的工作过程(见图10)。
工作原理同前所述。
场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
一、场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET),因此MOSFET即代表绝缘栅型场效应管;此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
由(b)图可以看出,栅极G是对老源极S的!不过由于JFET管具有对称性,有时也用下图中最右边的符号表示,并在应用中漏极D和源极S可以更换使用。
按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
当结型场效应管(JFET)的VDS 正向偏置,栅极G处于反向偏置,加-VGS(OFF)~0V之间,,通常用于放大电路。
当结型场效应管(JFET)的VDS 正向偏置,先大于VP,栅极G处于正向偏置,并从0逐步加大,则可以用于电流控制。
二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管,3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#,CS代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
三、场效应管的参数场效应管的参数很多,包括直流参数、交流参数和极限参数,但一般使用时关注以下主要参数:1、I DSS—饱和漏源电流。
是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压U GS=0时的漏源电流。
愈小越好2、U P—夹断电压。
是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压。
3、U T—开启电压。
是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压。
4、g M—跨导。
是表示栅源电压U GS——对漏极电流I D的控制能力,即漏极电流I D变化量与栅源电压U GS变化量的比值。
g M是衡量场效应管放大能力的重要参数。
5、BU DS—漏源击穿电压。
是指栅源电压U GS一定时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。
这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于BUDS。
6、P DSM—最大耗散功率。
也是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。
使用时,场效应管实际功并留有一定余量。
耗应小于PDSM7、I DSM—最大漏源电流。
是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流。
场效应管的工作电流不应超过IDSM几种常用的场效应三极管的主要参数四、场效应管的作用1、场效应管可应用于放大。
由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。
2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。
常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3、场效应管可以用作可变电阻。
4、场效应管可以方便地用作恒流源。
5、场效应管可以用作电子开关。
五、场效应管的测试1、结型场效应管的管脚识别:场效应管的栅极相当于晶体管的基极,源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。
将万用表置于R×1k档,用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。
当某两个管脚间的正、反向电阻相等,均为数KΩ时,则这两个管脚为漏极D和源极S(可互换),余下的一个管脚即为栅极G。
对于有4个管脚的结型场效应管,另外一极是屏蔽极(使用中接地)。
2、判定栅极用万用表黑表笔碰触管子的一个电极,红表笔分别碰触另外两个电极。
若两次测出的阻值都很小,说明均是正向电阻,该管属于N沟道场效应管,黑表笔接的也是栅极。
制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的,可以互换使用,并不影响电路的正常工作,所以不必加以区分。
源极与漏极间的电阻约为几千欧。
注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。
因为这种管子的输入电阻极高,栅源间的极间电容又很小,测量时只要有少量的电荷,就可在极间电容上形成很高的电压,容易将管子损坏。
3、估测场效应管的放大能力将万用表拨到R×100档,红表笔接源极S,黑表笔接漏极D,相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。
这时表针指示出的是D-S 极间电阻值。
然后用手指捏栅极G,将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。
由于管子的放大作用,UDS和ID都将发生变化,也相当于D-S极间电阻发生变化,可观察到表针有较大幅度的摆动。
如果手捏栅极时表针摆动很小,说明管子的放大能力较弱;若表针不动,说明管子已经损坏。
由于人体感应的50Hz交流电压较高,而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同,因此用手捏栅极时表针可能向右摆动,也可能向左摆动。
少数的管子RDS减小,使表针向右摆动,多数管子的RDS增大,表针向左摆动。
无论表针的摆动方向如何,只要能有明显地摆动,就说明管子具有放大能力。
本方法也适用于测MOS管。
为了保护MOS场效应管,必须用手握住螺钉旋具绝缘柄,用金属杆去碰栅极,以防止人体感应电荷直接加到栅极上,将管子损坏。
MOS管每次测量完毕,G-S结电容上会充有少量电荷,建立起电压UGS,再接着测时表针可能不动,此时将G-S极间短路一下即可。
目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。
六、常用场效用管1、MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),属于绝缘栅型。
其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。
它也分N沟道管和P沟道管,符号如图1所示。
通常是将衬底(基板)与源极S接在一起。
根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型。
所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。
耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。