介绍MOSFET |增强，耗尽，放大器，应用

在本教程中，我们将简要介绍MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管。我们将学习不同类型的MOSFET(增强和耗尽)，其内部结构，一个使用MOSFET作为开关的示例电路和一些常见的应用。

简介

晶体管，改变世界的发明。它们是半导体器件，可以充当电控开关或信号放大器。晶体管有各种各样的形状、尺寸和设计，但基本上，所有的晶体管都属于两大类。它们是:

• 双极结晶体管或BJT
• 场效应晶体管或FET

要了解更多关于晶体管及其历史的基础知识，请阅读介绍了晶体管教程。

BJT和FET有两个主要区别。第一个区别是，在BJT中，多数和少数载流子都负责电流传导，而在fet中，只有多数载流子参与。

另一个非常重要的区别是BJT本质上是一个电流控制设备，这意味着晶体管底部的电流决定了在集电极和发射极之间流动的电流量。在FET中，栅极(FET中的端子相当于BJT中的基极)的电压决定了其他两个端子之间的电流。

fet又分为两种:

• 结场效应晶体管或JFET
• 金属氧化物半导体场效应晶体管或MOSFET

让我们在本教程中关注MOSFET。

金属氧化物半导体场效应晶体管

金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)是场效应晶体管的一种。在这些晶体管中，栅极终端与载流通道绝缘，因此也被称为绝缘栅极FET (IG-FET)。由于栅极和源端之间的绝缘，MOSFET的输入电阻可能非常高(通常在1014欧姆的量级。

像JFET, MOSFET也作为一个电压控制电阻，当没有电流流入栅极终端。栅极端子处的小电压控制通过源极和漏极之间通道的电流。目前，在电子电路应用中，MOSFET晶体管已取代JFET晶体管。

mosfet也有三个端子，即漏极(D)，源极(S)和栅极(G)，还有一个(可选)端子称为衬底或体(B)。mosfet也有两种类型，n通道(NMOS)和p通道(PMOS)。mosfet基本上分为两种形式。它们是:

• 损耗类型
• 增强类型

损耗类型

耗尽型MOSFET晶体管相当于一个“常闭”开关。耗尽型晶体管需要栅源电压(V_GS)以关闭该设备。

n通道和p通道的mosfet耗尽模式的符号如上所示。在上述符号中，我们可以观察到，第四端(衬底)连接到地面，但在离散mosfet中，它连接到源端。在漏极和源极之间连接的连续粗线表示耗尽型。箭头符号表示通道类型，如n通道或p通道。

在这种类型的mosfet中，一层薄薄的硅沉积在栅极端子下面。耗尽型MOSFET晶体管在栅极源电压(VGS)为零时通常是ON的。耗尽型mosfet沟道的电导率比增强型mosfet少。

增强类型

增强模式MOSFET相当于“常开”开关，这些类型的晶体管需要栅源电压来开关设备。n通道和p通道增强模式mosfet的符号如下所示。

在这里，我们可以观察到源和漏之间连接着一条折线，它表示增强模式类型。在增强模式mosfet中，电导率通过增加氧化层增加，这将载流子增加到通道。

通常，这种氧化层被称为“逆温层”。所述沟道形成于与所述衬底相反类型的漏源之间，如n沟道由p型衬底制成，而p沟道由n型衬底制成。由电子或空穴引起的沟道电导率分别取决于n型沟道和p型沟道。

MOSFET的结构

在这里，我们可以观察到栅端位于薄金属氧化物绝缘层的顶部，在漏极和源极下面使用两个n型区域。

在上述MOSFET结构中，漏极和源极之间的通道为n型，与p型衬底相反形成。很容易偏置MOSFET栅极端子的极性为正(+ve)或负(-ve)。

如果在栅极终端没有偏置，那么MOSFET通常处于不导电状态，因此这些MOSFET被用来制造开关和逻辑门。mosfet的耗尽模式和增强模式可分为n通道和p通道两种。

耗尽型

耗尽模式mosfet通常被称为“开关ON”器件，因为当栅极终端没有偏置电压时，这些晶体管通常是闭合的。如果栅极电压以正的方式增加，那么通道宽度以耗尽模式增加。

因此漏极电流为I_D通过渠道增加。如果施加的栅极电压更负，那么通道宽度就更小，MOSFET可能进入截止区域。耗尽型MOSFET是电子电路中很少使用的一种晶体管。

下图是耗尽型MOSFET的特性曲线。

上面给出了耗尽型MOSFET晶体管的V-I特性。这一特性主要给出了漏源电压(V_DS)和漏极电流(I_D)．栅极处的小电压控制通过通道的电流。

漏极和源极之间的通道在栅极端充当零偏置电压的好导体。如果栅极电压为正，通道宽度和漏极电流增加，如果栅极电压为负，这两个(通道宽度和漏极电流)减少。

增强型

增强模式MOSFET是常用的晶体管类型。这种类型的MOSFET相当于常开开关，因为当栅极电压为零时它不传导。如正电压(+V_GS)作用于n通道栅极端，通道导通，漏极电流流过通道。

如果这个偏置电压增加到更多的正，那么通道宽度和漏极电流通过通道增加一些。但如果偏置电压为零或负(-V_GS)则晶体管可能关闭，通道处于非导电状态。所以现在我们可以说增强模式MOSFET的栅极电压增强了通道。

增强模式MOSFET晶体管由于其低的ON电阻和高的OFF电阻以及高的栅极电阻，在电子电路中主要用作开关。这些晶体管被用于制作逻辑门和功率开关电路，如CMOS门，它有NMOS和PMOS晶体管。

增强模式MOSFET的V-I特性如上所示，它给出了漏极电流(ID)和漏极-源极电压(VDS)之间的关系。从上图中我们观察到增强MOSFET在不同区域的行为，如欧姆区，饱和区和截止区。

MOSFET晶体管是由不同的半导体材料制成的。这些mosfet有能力在导电和非导电模式下工作，这取决于输入端的偏置电压。MOSFET的这种特性使其可用于开关和放大。

n沟道场效应晶体管放大器

当与bjt相比，mosfet有非常低的跨导，这意味着电压增益不会很大。因此，mosfet(就此而言，所有fet)通常不用于放大电路。

但是，尽管如此，让我们看到使用n通道增强MOSFET的单级“a类”放大器电路。共源结构的n通道增强型MOSFET是目前主要使用的放大电路类型。耗尽型MOSFET放大器与JFET放大器非常相似。

MOSFET的输入电阻由输入电阻产生的栅极偏置电阻控制。这个放大器的输出信号是反向的，因为当栅极电压(V_G)高时，晶体管接通，当电压(V_G)低，则晶体管被关闭。

通用的MOSFET放大器共源配置如上所示。这是A类放大器。这里分压器网络由输入电阻R1和R2组成，交流信号的输入电阻为Rin = RG = 1MΩ。

上述放大器电路的栅极电压和漏极电流的计算公式如下。

V_G= (R₂/ (R₁+ R₂低VDD)) *

我_D= V_年代/ R_年代

在那里,

V_G=栅电压

V_年代输入源电压

V_DD电源漏极电压

R_年代=电源电阻

R₁& R₂=输入电阻

下面讨论MOSFET在其总操作中的不同区域。

截止地区:如果栅源电压小于阈值电压，那么我们就说晶体管工作在截止区(即完全OFF)。在这个区域漏极电流为零，晶体管起开路作用。

V_GS< V_TH= >我_DS= 0

电阻(线性)地区:如果栅极电压大于阈值电压，漏源极电压位于VTH和(VGS - VTH)之间，那么我们说晶体管处于线性区域，在这种状态下晶体管充当可变电阻。

V_GS> V_TH和V_TH< V_DS< (V_GSvg - V_TH=> MOSFET充当可变电阻

饱和区域:在这个区域中，栅极电压远大于阈值电压，漏极电流达到最大值，晶体管处于完全ON状态。在这个区域，晶体管起闭合电路的作用。

V_GS> > V_TH和(V_GS- - - - - - V_TH) < V_DS< 2 (V_GS- - - - - - V_TH) = >我_DS=最大

晶体管开启并使电流流过通道的栅极电压称为阈值电压。n通道设备的阈值电压范围在0.5V到0.7V之间，p通道设备的阈值电压范围在-0.5V到-0.8V之间。

MOSFET晶体管在损耗和增强模式下的行为取决于栅极电压总结如下。

MOSFET类型	VGS= + ve	VGS= 0	VGS=负
n沟道耗尽	在	在	从
n沟道增强	在	从	从
p沟道耗尽	从	在	在
p沟道增强	从	从	在

应用程序

• mosfet用于数字集成电路，如微处理器。
• 用于计算器。
• 用于存储器和逻辑CMOS门。
• 用作模拟开关。
• 用作放大器。
• 适用于电力电子、开关电源等领域。
• mosfet在无线电系统中用作振荡器。
• 用于汽车音响系统和音响加固系统。

结论

一个完整的MOSFET入门指南。你学习了MOSFET的结构，不同类型的MOSFET，它们的电路符号，一个使用MOSFET控制LED的示例电路，以及一些应用领域。