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模拟技术
上一节内容我们介绍了三极管,今天这篇文章我们来介绍与它非常相似的场效应管,它们都属于晶体管,都是由半导体材料做成的。
我们知道三极管全称为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种电流控制型半导体器件,其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号, 也用作无触点开关。
场效应管(英语:field-effect transistor,缩写:FET)是一种通过电场效应控制电流的电子器件。它依靠电场去控制导电沟道形状,因此能控制半导体材料中某种类型载流子的沟道的导电性。场效应晶体管有时被称为“单极性晶体管”,以它的单载流子型作用对比双极性晶体管。
由于半导体材料的限制,以及双极性晶体管比场效应晶体管容易制造,场效应晶体管比双极性晶体管要晚造出,但场效应晶体管的概念却比双极性晶体管早。
现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外,在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS管取代过去的大功率晶体三极管,使整机的效率、可靠大大提高,故障率大幅的下降。MOS管和大功率晶体三极管在结构、特性有着本质上的区别,所以在应用上,它的驱动电路比晶体三极管复杂。
所有的FET都有栅极(gate)、漏极(drain)、源极(source)三个端,分别大致对应双极性晶体管的基极(base)、集电极(collector)和发射极(emitter)。
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整绝缘而得名。它们由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管,属于电压控制型半导体器件。
我们常说的MOS管就是绝缘栅型场效应管中的一种,它也是应用最广泛的一种,所以这一节接下的内容我们主要通过介绍MOS管来了解场效应晶体管。MOSFET有分为增强型和耗尽型两大类,增强型和耗尽型每一类又有NMOS和PMOS,和三极管中的PNP和NPN类似。
下图的场效应管的分类及电器符号:
下图是三极管和mos管电器符号的联系与差异:
由于生产工艺,MOS 管会有寄生二极管,或称体二极管。这是mos管与三极管较大的一个区别。
当满足 MOS 管的导通条件时,MOS 管的 D 极和 S 极会导通,这个时候体二极管是截止状态。因为 MOS 管导通内阻很小,不足以使寄生二极管导通。
PMOS增强型管:UG-US<0 , 且 |UG-US|>|UGSTH| , UGSTH是开启电压;
NMOS增强型管:UG-US>0,且 |UG-US|>|UGSTH| ,UGSTH是开启电压;
PMOS导通是在G和S之间加G负S正电压。NMOS相反。
MOSFET 不同于三极管,因为某些型号封装内有并联二极管,所以其 D 和 S 极是不能反接的,且 N 管必须由 D 流向 S,P 管必须由 S 流向 D。可以用下表判断工作状态:
截止区:当 UGS 小于开启电压 UGSTH时,MOS 不导通。
可变电阻区:UDS 很小,I_DID 随UDS 增大而增大。
恒流区:UDS 变化,I_DID 变化很小。
击穿区:UDS 达到一定值时,MOS 被击穿,I_DID 突然增大,如果没有限流电阻,将被烧坏。
过损耗区:功率较大,需要加强散热,注意最大功率。
场效应管的参数很多,包括直流参数、交流参数和极限参数,但普通运用时主要关注以下一些重点参数:饱和漏源电流IDSS,夹断电压Up,(结型管和耗尽型绝缘栅管,或开启电压UT(加强型绝缘栅管)、跨导gm、漏源击穿电压BUDS、最大耗散功率PDSM和最大漏源电流IDSM。
一、饱和漏源电流
饱和漏源电流IDSS:是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流。
二、夹断电压
夹断电压Up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。
三、开启电压
开启电压UT是指加强型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚导通时的栅极电压。
四、跨导
跨导gm是表示栅源电压UGS对漏极电流ID的控制才能,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gm是权衡场效应管放大才能的重要参数。
五、漏源击穿电压
漏源击穿电压BUDS是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能接受的最大漏源电压。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。
六、最大耗散功率
最大耗散功率PDSM也是—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。运用时场效应管实践功耗应小于PDSM并留有—定余量。
七、最大漏源电流
最大漏源电流IDSM是另一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许经过的最大电流。场效应管的工作电流不应超越IDSM。
一、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。
二、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。
三、场效应管可以用作可变电阻。
四、场效应管可以方便地用作恒流源。
五、场效应管可以用作电子开关。
场效应管在电子应用中非常普遍,了解基础知识之后我们接下来就可以运用它做一些电子开发了。
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