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精选干货

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不同类型的场效应晶体管(FET)和工作原理

2020-10-20

场效应晶体管或FET是一种晶体管,其中输出电流由电场控制。FET有时称为单极晶体管,因为它涉及单载波类型的操作。FET晶体管的基本类型与BJT晶体管的基本原理完全不同。FET是三端半导体器件,具有源极,漏极和栅极端子。

电荷携带的是电子或空穴,它们从源极通过有源通道流到漏极。电子从源极到漏极的这种流动由施加在栅极和源极端子之间的电压控制。

FET晶体管类型

FET有两种类型-JFET或MOSFET。

结型场效应管

结型FET
结型FET

结型FET晶体管是一种场效应晶体管,可以用作电控开关。的电能流过源漏端子之间的活动通道。通过向栅极端子施加反向偏置电压,沟道会发生应变,因此电流会完全关闭。

结型FET晶体管有两种极性:

N沟道JFET

N沟道JFET由在其侧面掺杂了两个p型层的n型条组成。电子的通道构成器件的N通道。在N沟道器件的两端形成两个欧姆接触,将它们连接在一起以形成栅极端子。

源极和漏极端子取自棒的另一侧。源极和漏极端子之间的电势差称为Vdd,源极和栅极端子之间的电势差称为Vgs。电荷的流动归因于电子从源极流向漏极。

每当在漏极和源极端子之间施加正电压时,电子就会从源极'S'流到漏极'D'端子,而常规漏极电流Id通过漏极流向源极。当电流流过该设备时,它处于一种状态。

当向栅极端子施加负极性电压时,在沟道中产生耗尽区。沟道宽度减小,因此增加了源极和漏极之间的沟道电阻。由于栅极-源极结被反向偏置并且器件中没有电流流动,因此处于截止状态。

因此,基本上,如果增加栅极端子处的电压,则较少的电流将从源极流向漏极。

N沟道JFET具有比P沟道JFET更大的导电性。因此,与P沟道JFET相比,N沟道JFET是效率更高的导体。

P沟道JFET

trzvp2106P沟道JFET由一个P型条组成,在其两侧掺杂了n型层。通过在两侧连接欧姆接触而形成栅极端子。像在N沟道JFET中一样,源极和漏极端子从条的另一侧获取。在源极和漏极端子之间形成由空穴作为电荷载流子的P型沟道。

P沟道JFET条
P沟道JFET条

施加到漏极和源极端子的负电压可确保电流从源极流向漏极端子,并且器件在欧姆区域工作。施加到栅极端子的正电压可确保减小沟道宽度,从而增加沟道电阻。栅极电压更正。流过设备的电流越小。

p沟道结FET晶体管的特性

下面给出的是p沟道结型场效应晶体管的特性曲线以及该晶体管的不同工作模式。

p沟道结FET晶体管的特性
p沟道结FET晶体管的特性

截止区域:当施加到栅极端子的电压足够正,以使沟道宽度最小时,没有电流流动。这导致设备处于截止区域。

欧姆区域:流过器件的电流与施加的电压成线性比例,直到达到击穿电压为止。在该区域中,晶体管对电流的流动表现出一定的阻力。

饱和区:当漏极-源极电压达到某个值,使得流经该器件的电流与漏极-源极电压恒定并且仅随栅极-源极电压变化时,该器件被称为处于饱和区。

击穿区:当漏极-源极电压达到导致耗尽区击穿,导致漏极电流突然增加的值时,该器件就处于击穿区。当栅极-源极电压更正时,对于较低的漏极-源极电压值,将更早到达此击穿区域。

MOSFET晶体管

MOSFET晶体管
MOSFET晶体管

顾名思义,MOSFET晶体管是一个p型(n型)半导体棒(其中扩散有两个重掺杂的n型区域),其表面上沉积有金属氧化物层,并从该层中取出空穴以形成源极和漏极端子。在氧化物层上沉积金属层以形成栅极端子。场效应晶体管的基本应用之一是使用MOSFET作为开关。

这种FET晶体管具有三个端子,分别是源极,漏极和栅极。施加到栅极端子的电压控制电流从源极流到漏极。金属氧化物绝缘层的存在导致器件具有高输入阻抗。

基于工作模式的MOSFET晶体管类型

MOSFET晶体管是最常用的场效应晶体管。MOSFET工作有两种模式,根据这些模式对MOSFET晶体管进行分类。增强模式下MOSFET的运行由逐渐形成的沟道组成,而耗尽型MOSFET中的MOSFET则由已经扩散的沟道组成。MOSFET的高级应用是CMOS。

增强型MOSFET晶体管

当向MOSFET的栅极端子施加负电压时,正电荷载流子或空穴在氧化层附近积累更多。从源极到漏极端子形成沟道。

增强型MOSFET晶体管
增强型MOSFET晶体管

随着电压变得更负,沟道宽度增加,电流从源极流到漏极端。因此,随着电流随着施加的栅极电压“增强”,该器件被称为增强型MOSFET。

耗尽型MOSFET晶体管

耗尽型MOSFET由在漏极至源极端子之间扩散的沟道组成。在没有任何栅极电压的情况下,由于通道的缘故,电流从源极流到漏极。

耗尽型MOSFET晶体管
耗尽型MOSFET晶体管

当该栅极电压变为负值时,正电荷会累积在通道中。
这导致沟道中的耗尽区或固定电荷区,并阻碍电流流动。因此,由于电流的流动受耗尽区形成的影响,因此该器件称为耗尽模式MOSFET。

MOSFET作为开关的应用

控制BLDC电机的速度

MOSFET可用作操作直流电动机的开关。此处,晶体管用于触发MOSFET。来自微控制器的PWM信号用于打开或关闭晶体管。

无刷直流电动机的控制速度
控制BLDC电机的速度

来自微控制器引脚的逻辑低信号导致OPTO耦合器工作,并在其输出端产生高逻辑信号。PNP晶体管被截止,因此MOSFET被触发并导通。漏极和源极端子短路,电流流向电机绕组,从而开始旋转。PWM信号可确保电动机的速度控制。

驱动一系列LED:

驱动LED阵列
驱动LED阵列

MOSFET作为开关工作涉及控制LED阵列强度的应用。这里,由外部源(如微控制器)的信号驱动的晶体管用于驱动MOSFET。当晶体管关闭时,MOSFET获取电源并打开,从而为LED阵列提供适当的偏置。

使用MOSFET的开关灯:

使用MOSFET的开关灯
使用MOSFET的开关灯

MOSFET可用作控制灯开关的开关。同样,这里的MOSFET使用晶体管开关触发。来自外部源(如微控制器)的PWM信号用于控制晶体管的导通,因此MOSFET导通或截止,从而控制灯的开关。

我们希望我们已经成功地向读者提供了有关场效应晶体管的最佳知识。我们希望读者回答一个简单的问题– FET与BJT有何不同,以及为什么选择使用它们呢?




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