场效应管是一种半导体器件,它可以将控制电场转换为放大电流,从而实现电子信号的放大。场效应管的工作原理可以分为以下几个步骤:
1.PN结的形成
场效应管的基本结构由P型半导体和N型半导体组成,它们之间形成了PN结。当PN结处于正向偏置时,电子从N型半导体向P型半导体流动,同时空穴从P型半导体向N型半导体流动。这样就形成了电流。
2.接入控制电场
当场效应管接入控制电场时,电场会改变PN结的电荷分布情况,从而改变PN结的导电性质。如果控制电场是正电荷,它会吸引N型半导体中的电子,从而形成一个电子井。这个电子井将阻止电子继续向PN结的P型半导体流动,从而减小电流。如果控制电场是负电荷,它会排斥N型半导体中的电子,从而形成一个电子漏。这个电子漏将允许电子继续向PN结的P型半导体流动,从而增加电流。
3.放大电流
当控制电场改变PN结的导电性质时,它将影响PN结中的电流。这个电流将被放大,并通过场效应管的输出端口输出。由于场效应管的输出电流是由控制电场控制的,因此它可以用作电子信号的放大器。
4.结束操作
当不需要使用场效应管时,应该将控制电场断开,以避免电流流过场效应管。这可以通过将控制电场接地来实现。
场效应管工作原理用一句话说,就是“漏极-源极间流经沟道的ID,用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”
更正确地说,ID流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘故
场效应管(Field-EffectTransistor,FET)是一种电子器件,其工作原理是通过控制一个电场来控制传导
FET有三个极,包括源极(S)、漏极(D)和门极(G)
当在门极施加电场时,会在门极-源极处产生一个电动势差,这会使得在源极和漏极之间的电子流受到控制
因此,通过调整门极电压,可以控制在源极和漏极之间的电流
FET可用于放大或控制电信号
1.场效应管(FET)是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(107~1015Ω)、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。
2.场效应管工作原理就是“漏极-源极间流经沟道的ID,用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”。
更正确地说,ID流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域,表示的过渡层的扩展因为不很大,根据漏极-源极间所加VDS的电场,源极区域的某些电子被漏极拉去,即从漏极向源极有电流ID流动。
从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型,ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡,并不是电流被切断。
在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动,在理想状态下几乎具有绝缘特性,通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场,实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近,由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。
其次,VGS向负的方向变化,让VGS=VGS(off),此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上,将电子拉向漂移方向的电场,只有靠近源极的很短部分,这更使电流不能流通。
3.作用:
场效应管(FET,Field Effect Transistor)电压产生的电场来控制管子工作的。现在最常用的是MOSFET(M是金属,O是氧化物,S是半导体),三者恰好形成一个电容,中间的氧化物作为电容的电介质。
电子往电势高的地方(正极)流动聚集,空穴向电势低的地方(负极)流动聚集。
以N管为例:
(1)在不加电源的情况下,源极和漏极都充满了电子,是N型半导体,而它们之间的衬底却是P型半导体,相当于两个反串的PN结,电阻很大。也可以理解为两个导体被中间的衬底隔离开了。此时无法导电。
(2)在栅极上加上一个正电压之后,这个电压在栅极和衬底之间形成了一个栅极指向衬底的电场,这个电场吸引电子,使电子在栅氧化层下方聚集,同时将空穴排斥开。随着栅压的升高,电子的浓度越来越大,空穴浓度越来越小。本来栅氧化层边缘的衬底为P型半导体,空穴浓度大于电子浓度,但是当栅极电压加到一定程度(Vth)时,电子的浓度开始超过空穴浓度,此时P型衬底变为N型衬底,也就是变成“沟道”将源极和漏极连起来了,此时就可以导电了。
(3)栅极的电压必须比源极或漏极高一个Vth,对应端的沟道才能导通,不然就会夹断。导通部分电阻很小,夹断部分电阻非常大(即空间电荷区)。
(4)沟道两端同时夹断,就工作在截止区;只有一端夹断,就工作在饱和区;没有夹断,就工作在线性区。截止区就相当于断开不工作,饱和区相当于一个电流源,线性区相当于一个电阻。
总之,场效应管就是靠这个“沟道”来工作的,没有“沟道”就休眠了。
场效应管是由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,是一种常见的利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种电压控制性半导体器件。
场效应管不但具有双极性晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点,而且输入回路的内阻高达107~1012Ω,噪声低,热稳定性好,抗辐射能力强,且比后者耗电省,这些优点使之从20世纪60年代诞生起就广泛地应用于各种电子电路之中。
分类:
场效应管可以分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管,结型场效应管因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。因为绝缘栅型场效应管的栅极为金属铝,故又称为MOS管。
场效应管按导电方式的不同来划分,可分成耗尽型与增强型。当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗尽型;当栅压为零,漏极电流也为零,必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。
场效应管和三极管都利用了PN结的原理,但是三极管是电流控制元件,基本原理是基于集电极电流和基极电流的比例关系;而场效应管是电压控制元件,其基本原理是通过电压改变导通沟道的宽度。它们另一个主要区别是场效应管的输入阻抗远远高于三极管(两者相差几个数量级到十几个数量级),因此场效应管对于信号源的输出阻抗就没有特别的要求,可以放大微弱或输出阻抗很高的信号。
至于功耗、功率驱动能力、频率范围等方面,三极管和场效应管都有各种类型的型号,都同样能用于高频、高速、大电流、大功率、高电压场合。