?場效應(yīng)管工作原理

　 ?MOS場效應(yīng)管電源開關(guān)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 場效應(yīng)管的工作原理。
? ? 　MOS 場效應(yīng)管也被稱為MOS FET， 既Metal Oxide Semiconductor Field Effect

　　Transistor（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管）的縮寫。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種。本文使用的為增強(qiáng)型MOS

　　場效應(yīng)管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)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，對于N溝道的場效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上，同樣對于P溝道的場效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場效應(yīng)管，其輸出電流是由輸入的電壓（或稱電場）控制，可以認(rèn)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應(yīng)管的原因。

　　場效應(yīng)管的工作原理，我們先了解一下僅含有一個P—N結(jié)的二極管的工作過程。如圖6所示，我們知道在二極管加上正向電壓（P端接正極，N端接負(fù)極）時，二極管導(dǎo)通，其PN結(jié)有電流通過。這是因?yàn)樵赑型半導(dǎo)體端為正電壓時，N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端，而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N型半導(dǎo)體端運(yùn)動，從而形成導(dǎo)通電流。同理，當(dāng)二極管加上反向電壓（P端接負(fù)極，N端接正極）時，這時在P型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓，正電子被聚集在P型半導(dǎo)體端，負(fù)電子則聚集在N型半導(dǎo)體端，電子不移動，其PN結(jié)沒有電流通過，二極管截止。

　　對于場效應(yīng)管（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，此時場效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)（圖7a）。當(dāng)有一個正電壓加在N溝道的MOS

　　場效應(yīng)管柵極上時，由于電場的作用，此時N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來而涌向柵極，但由于氧化膜的阻擋，使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導(dǎo)體中（見圖7b），從而形成電流，使源極和漏極之間導(dǎo)通。我們也可以想像為兩個N型半導(dǎo)體之間為一條溝，柵極電壓的建立相當(dāng)于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

　　場效應(yīng)管的工作過程，其工作原理類似這里不再重復(fù)。

　　下面簡述一下用C-MOS場效應(yīng)管（增強(qiáng)型MOS

　　場效應(yīng)管）組成的應(yīng)用電路的工作過程（見圖9）。電路將一個增強(qiáng)型P溝道MOS場效應(yīng)管和一個增強(qiáng)型N溝道MOS場效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時，P溝道MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時，N溝道MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場效應(yīng)管和N溝道MOS場效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)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。同時由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒有到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時，MOS場效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因?yàn)槿绱耍?/p>

　　使得該電路不會因?yàn)閮晒芡瑫r導(dǎo)通而造成電源短路。

　　由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場效應(yīng)管電路部分的工作過程（見圖10）。工作原理同前所述。

　　場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫（FET））簡稱場效應(yīng)管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子，即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電，因此稱為雙極型晶體管，而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，它與雙極型相反，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。

　　一、場效應(yīng)管的分類

　　場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）因有兩個PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場效應(yīng)管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應(yīng)管，以及最近剛問世的πMOS場效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。

　　按溝道半導(dǎo)體材料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分，場效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。

　　場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管。而MOS場效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型；P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。見下圖。

　　二、場效應(yīng)三極管的型號命名方法

　　現(xiàn)行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如，3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C 是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。

　　第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。

　　三、場效應(yīng)管的參數(shù)

　　場效應(yīng)管的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但一般使用時關(guān)注以下主要參數(shù)：

　　1、I DSS — 飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中，柵極電壓U GS=0時的漏源電流。

　　2、UP — 夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時的柵極電壓。

　　3、UT — 開啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時的柵極電壓。

　　4、gM — 跨導(dǎo)。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 是衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。

　　5、BUDS — 漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時，場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BUDS。

　　6、PDSM — 最大耗散功率。也是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場效應(yīng)管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時，場效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。

　　7、IDSM — 最大漏源電流。是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場效應(yīng)管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。場效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM

　　幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)