介绍MOSFET |增强,耗尽,放大器,应用

在本教程中,我们将简要介绍MOSFET I.E.,金属氧化物半导体场效应晶体管。我们将学习不同类型的MOSFET(增强和耗尽),其内部结构,使用MOSFET作为交换机的示例电路以及一些常见应用。

介绍

晶体管,改变世界的发明。它们是充当电控开关或信号放大器的半导体器件。晶体管来自各种形状,尺寸和设计,但基本上,所有晶体管都属于两个主要家庭。他们是:

  • 双极结晶体管或BJT
  • 场效应晶体管或FET

要了解更多关于晶体管和它的历史的基础知识,阅读晶体管介绍教程。

BJT和FET之间存在两个主要差异。第一区别在于,在BJT中,大多数和少数竞争载流子均负责电流传导,而在FET中,只有大多数电荷载流子。

另一个和非常重要的区别在于,BJT基本上是电流控制装置,这意味着晶体管基极处的电流确定收集器和发射器之间流动的电流量。在FET的情况下,栅极处的电压(在BJT中等于基部的FET中的端子)确定了其他两个端子之间的电流。

fet又分为两类:

  • 结场效果晶体管或JFET
  • 金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET

让我们专注于本教程中的MOSFET。

金属氧化物半导体FET

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是场效应晶体管的一种。在这些晶体管中,栅极端子与载流通道绝缘,因此它也被称为绝缘栅极FET (g -FET)。由于栅极和源端之间的绝缘,MOSFET的输入电阻可能非常高(通常在1014欧姆的顺序。

如JFET,MOSFET也充当电压控制电阻,当没有电流流入栅极端子时。栅极端子处的小电压控制电流流过源极和漏极端子之间的通道。在目前的日期,MOSFET晶体管主要用于电子电路应用而不是JFET。

mosfet也有三个终端,即漏极(D),源极(S)和栅极(G),还有一个(可选)终端称为衬底或主体(B)。mosfet也有两种类型,n通道(NMOS)和p通道(PMOS)。mosfet基本上分为两种形式。他们是:

  • 损耗类型
  • 增强类型
MOSFET的通道结构
MOSFET的频道施工

损耗类型

耗尽型MOSFET晶体管相当于一个“常闭”开关。耗尽型晶体管需要栅源电压(VGS.)关闭设备。

耗尽模式MOSFET的符号

上面显示了N沟道和P沟道类型中MOSFET的耗尽模式的符号。在上述符号中,我们可以观察到第四端子(基板)连接到地,但是在离散MOSFET中,它连接到源极端子。连接在漏极和源极端子之间的连续厚线代表耗尽型。箭头符号表示通道的类型,例如n频道或p沟道。

在这种类型的MOSFET中,薄层硅层沉积在栅极端子下方。耗尽模式MOSFET晶体管通常在零栅极 - 源极电压(VGS)处。与增强型MOSFET相比,耗尽MOSFET中的通道的电导率较少。

增强类型

增强模式MOSFET相当于“常开”开关,这些类型的晶体管需要栅极源电压接通设备。N频道和P频道增强模式MOSFET的符号如下所示。

增强模式MOSFET的符号

在这里,我们可以观察到虚线连接在源极和漏极之间,这表示增强模式类型。在增强模式MOSFET中,通过增加将载波添加到通道的氧化物层来增加电导率。

通常,这种氧化物层称为“倒置层”。在与衬底相反类型的漏源之间形成沟道,如n沟道由p型衬底制成,p沟道由n型衬底制成。由电子或空穴引起的沟道电导率分别取决于n型沟道和p型沟道。

MOSFET的结构

MOSFET的内部结构
MOSFET的基本结构示于上图中。与JFET的结构相比,MOSFET的结构非常不同。在MOSFET的增强和耗尽模式中,电场由栅极电压产生,该电压改变流量载波,例如用于N沟道的电子和用于P沟道的孔。

这里,我们可以观察到栅极端子位于薄金属氧化物绝缘层的顶部,并且在漏极和源极端子下方使用两个n型区域。

在上述MOSFET结构中,漏源之间的沟道为n型,与p型衬底相反。对于正(+ve)或负(-ve)极性,MOSFET栅极很容易偏压。

如果栅极终端没有偏置,则MOSFET通常处于非导通状态,使得这些MOSFET用于制造开关和逻辑门。MOSFET的耗尽和增强模式都可用于N沟道和P沟道类型。

耗尽模式

耗尽模式MOSFET通常称为“接通”设备,因为当栅极端子处没有偏置电压时,这些晶体管通常被关闭。如果栅极电压呈正,则频道宽度在耗尽模式下增加。

结果漏极电流iD.通过通道增加。如果所施加的栅极电压更负,则沟道宽度非常少,并且MOSFET可以进入截止区域。耗尽模式MOSFET是电子电路中很少使用的晶体管类型。

下图是耗尽模式MOSFET的特性曲线。

耗尽模式MOSFET特性曲线
耗尽模式MOSFET的电路符号

上面给出了耗尽型MOSFET晶体管的V-I特性。该特性主要给出漏源极电压(VDS.)和排水电流(iD.)。栅极处的小电压控制通过通道的电流。

漏极和源之间的通道用作栅极端子处具有零偏置电压的良好导体。如果栅极电压为正,则频道宽度和漏极电流增加,如果栅极电压为负,则这两个(通道宽度和漏极电流)降低。

增强型

增强模式MOSFET是常用类型的晶体管。这种类型的MOSFET相当于常开口开关,因为当栅极电压为零时它不会导致。如果正电压(+ V.GS.),则该通道导通,漏极电流流过该通道。

如果偏置电压增加到更多的正,那么通道宽度和漏电流通过通道增加到一些更多。但如果偏置电压为零或负(-VGS.)则晶体管可关闭,通道处于非导电状态。所以现在我们可以说,增强模式MOSFET的栅极电压增强了通道。

增强模式MOSFET特性曲线
增强模式MOSFET的电路符号
增强模式MOSFET的电路符号

增强模式MOSFET晶体管由于其低的ON电阻和高的OFF电阻以及高的栅极电阻,通常被用作电子电路中的开关。这些晶体管用于制作逻辑门和功率开关电路,如CMOS门,其中既有NMOS晶体管,也有PMOS晶体管。

增强模式MOSFET的V-I特性如上所述,其给出了漏极电流(ID)和漏极源电压(VDS)之间的关系。从上图来看,我们观察到不同区域中的增强MOSFET的行为,例如欧姆,饱和和截止区域。

MOSFET晶体管采用不同的半导体材料制造。这些MOSFET具有根据输入处的偏置电压在导电和非导电模式中操作的能力。MOSFET的这种能力使其用于开关和放大。

N沟道MOSFET放大器

与bjt相比,mosfet具有非常低的跨导,这意味着电压增益不会很大。因此,mosfet(就此而言,所有fet)通常不用于放大器电路。

但是,没有较少,让我们通过N沟道增强MOSFET看到一个单级'A类'放大器电路。具有通用源配置的N沟道增强模式MOSFET是主要使用的放大器电路。耗尽模式MOSFET放大器与JFET放大器非常相似。

MOSFET的输入电阻由由输入电阻产生的栅极偏置电阻控制。由于当栅极电压(V.)时,该放大器电路的输出信号被反转(V.G)高电平晶体管接通,电压(V.G)低于晶体管被关闭。

N通道MOSFET放大器电路

具有公共源配置的一般MOSFET放大器如上所述。这是A类模式的放大器。这里,分压器网络由输入电阻器R1和R2形成,并且AC信号的输入电阻被给出为Rin = Rg =1mΩ。

下面给出了计算上述放大器电路的栅极电压和漏极电流的等式。

V.G= (R2/(r.1+ R2))* VDD

一世D.= V.S./ R.S.

在哪里,

V.G=栅电压

V.S.=输入源电压

V.DD.=排水管的电源电压

R.S.=电源电阻

R.1&R.2=输入电阻

下面讨论MOSFET在其总操作中操作的不同区域。

截止地区:如果栅极源电压小于阈值电压,则我们说晶体管在截止区域(即完全关闭)中操作。在该区域中,漏极电流为零,晶体管用作开路。

V.GS.< VTH.= >我DS.= 0.

电阻(线性)地区:如果栅极电压大于阈值电压,漏源极电压位于VTH和(VGS - VTH)之间,那么我们说晶体管处于线性区域,在这种状态下晶体管充当可变电阻。

V.GS.> V.TH.和VTH.< VDS.< (VGS.vg - VTH.)=> MOSFET充当可变电阻器

饱和区域:在该区域中,栅极电压远大于阈值电压,并且漏极电流处于其最大值,并且晶体管完全接通状态。在该区域中,晶体管用作闭合电路。

V.GS.> > VTH.和(VGS.- - - - - - VTH.DS.< 2 (VGS.- - - - - - VTH.)=>我DS.=最大值

栅极电压在晶体管上并启动通过通道的电流称为阈值电压。N沟道器件的该阈值电压值范围在0.5V至0.7V之间,对于P沟道器件介于-0.5V至-0.8V之间。

根据栅极电压的耗尽和增强模式的MOSFET晶体管的行为总结如下。

MOSFET类型
V.GS.= + ve.
V.GS.= 0.
V.GS.= ve.
n沟道耗尽
N沟道增强
P沟道耗尽
P沟道增强

应用程序

  • MOSFET用于数字集成电路,例如微处理器。
  • 用于计算器。
  • 用于存储器和逻辑CMOS门。
  • 用作模拟开关。
  • 用作放大器。
  • 用于电力电子和开关电源的应用。
  • MOSFET用作无线电系统中的振荡器。
  • 用于汽车音响系统和音极增强系统。

结论

完整的初学者引入MOSFET指南。您学习了MOSFET,不同类型的MOSFET,它们的电路符号,使用MOSFET的示例电路来控制LED的示例电路以及应用领域的MOSFET的结构。

一个回应

留下一个回复

您的电子邮件地址不会被公开。必需的地方已做标记*