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场效应管开关原理与三极管的区别

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2019-10-19 浏览:-

三极管和场效应管的区别

三极管(BJT)的三个脚分别命名为:基极(B)、集电极、发射极(C)。

场效应管(FET)的三个脚命名为:栅极、源极、漏极。场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)两大类。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。

其中集电极和源极是接地的,基极和栅极是控制极。

过去记忆这些极,总是忘记,所以问了下两种管的工作原理。

1.三极管,是电流驱动,需要消耗基极电流。所以三极管的放大系数通过Ic/Ib得到,就是说三极管的放大功能通过基极的电流实现的。

2.场效应管,是电压驱动,栅极不导通,没有电流经过,不消耗电流。它通过电压使得效应管能电子聚集起来,形成一条电子通道,然后漏极和源极被导通。所以,场效应管是通过导通电子隧道,实现放大功能的。栅极的电压越高,导通的电流越大,但同时栅极不消耗电流。

通过上面的对比,总结下场效应管的优缺点:

优点是电流消耗相对少,导通速度快(只要加上电压,就导通,比三极管通过形成电流导通的方式快)。

缺点是容易被静电击穿。

应用场景

场效应管一般比较贵,该技术使用在内存上,例如EPROM,FLASH都是用场效应管保存数据。

结型场效应管(N沟道JFET)工作原理:

可将N沟道JFET看作带“人工智能开关”的水龙头。这就有三部分:进水、人工智能开关、出水,可以分别看成是JFET的 d极 、g 极、s极。

“人工”体现了开关的“控制”作用即vGS。JFET工作时,在栅极与源极之间需加一负电压(vGS<0),使栅极、沟道间的pn结反偏,栅极电流ig≈0,场效应管呈现高达107ω以上的输入电阻。在漏极与源极之间加一正电压(vds>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运动,形成电流iD。iD的大小受“人工开关”vGS的控制,vGS由零往负向增大时,PN结的耗尽层将加宽,导电沟道变窄,vGS绝对值越大则人工开关越接近于关上,流出的水(iD)肯定越来越小了,当你把开关关到一定程度的时候水就不流了。

“智能”体现了开关的“影响”作用,当水龙头两端压力差(vDS)越大时,则人工开关自动智能“生长”。vDS值越大则人工开关生长越快,流水沟道越接近于关上,流出的水(iD)肯定越小了,当人工开关生长到一定程度的时候水也就不流了。理论上,随着vDS逐渐增加,一方面沟道电场强度加大,有利于漏极电流iD增加;另一方面,有了vDS,就在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体区域中,产生了一个沿沟道的电位梯度。由于N沟道的电位从源端到漏端是逐渐升高的,所以在从源端到漏端的不同位置上,漏极与沟道之间的电位差是不相等的,离源极越远,电位差越大,加到该处PN结的反向电压也越大,耗尽层也越向N型半导体中心扩展,使靠近漏极处的导电沟道比靠近源极要窄,导电沟道呈楔形。所以形象地比喻为当水龙头两端压力差(vDS)越大,则人工开关自动智能“生长”。

当开关第一次相碰时,就是预夹断状态,预夹断之后id趋于饱和。

当vGS>0时,将使PN结处于正向偏置而产生较大的栅流,破坏了它对漏极电流iD的控制作用,即将人工开关拔出来,在开关处又加了一根进水水管,对水龙头就没有控制作用了。

场效应管

绝缘栅场效应管(N沟道增强型MOSFET)工作原理:

可将N沟道MOSFET看作带“人工智能开关”的水龙头。相对应情况同JFET。与JFET不同的的是,MOSFET刚开始人工开关是关着的,水流流不出来。当在栅源之间加vGS>0, N型感生沟道(反型层)产生后,人工开关逐渐打开,水流(iD)也就越来越大。iD的大小受“人工开关”vGS的控制,vGS由零往正向增大时,则栅极和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容器,在正的栅源电压作用下,介质中便产生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型衬底的电场,这个电场排斥空穴而吸引电子,P型衬底中的少子电子被吸引到衬底表面,这些电子在栅极附近的P型硅表面便形成了一个N型薄层,即导通源极和漏极间的N型导电沟道。栅源电压vGS越大则半导体表面的电场就越强,吸引到P型硅表面的电子就越多,感生沟道将越厚,沟道电阻将越小。相当于人工开关越接近于打开,流出的水(iD)肯定越来越多了,当你把开关开到一定程度的时候水流就达到最大了。MOSFET的“智能”性与JFET原理相同,参上。

场效应管

绝缘栅场效应管(N沟道耗尽型MOSFET)工作原理:

基本上与N沟道JFET一样,只是当vGS>0时,N沟道耗尽型MOSFET由于绝缘层的存在,并不会产生PN结的正向电流,而是在沟道中感应出更多的负电荷,使人工智能开关的控制作用更明显。

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