FET作为开关的工作原理

在本教程中，我们将学习场效应晶体管(FET)，它的工作原理，工作区域，并看到场效应晶体管作为开关的工作原理。我们将看到JFET和MOSFET如何在交换应用中使用。

简介

场效应晶体管(fet)具有输入阻抗高、制作简单、操作简单等多种优点，在集成电路系统中得到了广泛的应用。

fet是2^ndbjt之后的一代晶体管。这些可以用作示波器、测试和测量仪器、电子电压表等的放大器，也可以用于开关动作。

让我们详细地看看场效应晶体管作为开关的工作原理。但在此之前，我们必须首先看一下场效应管及其操作的基础知识。

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场效应管及其操作区域

场效应晶体管是一种单极器件，其中电流仅由多数载流子携带(通过锄头或电子)。场效应管是一种电压控制装置，通过控制栅和源之间的电压来改变输出电流。

让我们考虑N通道JFET来理解工作区域。将JFET的工作或特性分为三个不同的区域，即欧姆、饱和和截止区域。加在漏极上的电压称为V_DS(有时也被称为V_DD)，到栅极的电压称为V_GS或V_GG．

欧姆地区(V_DS> 0和V_DS< V_P）

在这个区域，通道损耗层非常小，FET充当可变电阻。

在这里，V_DS值大于0小于V_P所以没有掐断通道和电流I_D增加。当我们增加栅源电压V_GS，通道电导下降，电阻增大。因此，耗竭区域会扩大，形成狭窄的通道。通道电阻一般在100欧姆到10K欧姆之间变化，明显地控制着电压。因此，晶体管在这个区域充当电压控制电阻。

饱和区域(V_DS> V_GS- - - - - - V_P）

这个区域从点V开始_DS大于V_GS- V_P,这里V_P为掐断电压。在这个区域，漏极电流I_D完全取决于V_GS而不是V的函数_DS．场效应管在该区域工作，以放大信号以及开关操作。从图中可以看出，当V_GS为0时，最大电流I_D流。当我们改变V的时候_GS越负，漏极电流就越低。在V的特定值处_GS漏极电流不断地流过器件。因此，这个区域也被称为恒流区。

截止区(V_GS< V_P）

这是漏极电流I的区域_D为零，设备关闭。在此栅极源电压V_GS小于掐断电压V_P．这意味着V的值_GS比V更负_P．因此，通道关闭，不允许任何电流通过设备。

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FET作为开关(JFET)

从上面的讨论可以清楚地看出，场效应管可以作为开关，操作它在两个区域，他们是截止区和饱和区。当V_GS为零时，场效应管工作在饱和区域，通过饱和区域的电流最大。因此，它就像一个完全打开的状态。类似地，当VGS比掐断电压更负时，场效应管工作在截止区域，不允许任何电流通过器件。因此场效应管处于完全关闭状态。FET可以用作不同配置的开关，下面给出了其中一些配置。

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用作分流开关的场效应晶体管

让我们看看下图，FET与负载并联，它的作用就像一个模拟开关。

• 当VGS为零时，场效应管通过在饱和区工作而打开，其电阻非常小，接近100欧姆。FET的输出电压是V_出= V_在* {R_DS/ (R_D+ R_DS(上))}。因为电阻R_D非常大时，输出电压近似认为为零。
• 当我们在栅处施加等于捏断电压的负电压时，场效应管工作在截止区，作为一个高阻器件，输出电压等于输入电压。

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用作串联开关的场效应晶体管

下图是场效应管开关电路的另一种配置。在这个电路中，场效应管起串联开关的作用。如果控制电压为零，它充当闭合开关，如果控制电压为负，它充当打开开关。当场效应管是ON时，输入信号将出现在输出，当它是OFF时，输出为零。

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n通道JFET作为交换机的示例

下图演示了如何使用n通道JFET切换LED。LED通过电阻连接在电源和源端之间。这里的电阻器用来限制通过LED的电流。晶体管的门端连接到负极电源。

• 从上面的讨论可知，由于场效应管处于饱和模式，栅极端的零电压使得电流流过LED。因此，LED变为ON。
• 在栅极端有足够的负电压(约3-4伏)时，JFET驱动进入截止模式，因此LED变为关闭状态。

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P通道JFET作为开关

到目前为止，我们已经讨论了N通道JFET作为开关。另一种类型的JFET是P通道JFET，这种FET的工作原理也类似于n型，但唯一的区别是栅端正电压。

• 当栅源电压为零时，场效应管工作在饱和区，因此场效应管被接通，进而导致电流从漏极流向源极。
• 栅极和源之间的正电压导致切断通过场效应管的电流。所以场效应管处于开路状态。

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p通道JFET作为交换机的示例

类似于n通道JFET驱动LED, p通道JFET开关LED电路如下所示。两个电路之间的区别是门端电源的不同。

• 打开条件对两个电路保持相同，即门端零电压导致LED发光，因为场效应管是有源的。
• 为了将场效应管切换到截止，一个足够的正电压(在这种情况下大约3到4伏)停止电流通过电路。因此LED被关闭。我们也可以用fet来转动继电器电路、电机驱动器和其他电子控制电路。

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MOSFET作为开关

另一种类型的场效应管是MOSFET，它也是一种电压控制器件。V的水平_GS当漏极电流增加或开始流动时称为阈值电压V_T．因此，如果我们增加V_GS，漏极电流也增大。如果我们增加V_GS保持V形_DS恒定，则漏极电流将达到饱和水平，如在JFET的情况下。

MOSFET工作在截止模式时，V_GS低于阈值水平。因此，在这种模式下没有漏极电流流过。因此充当OPEN开关

为了更好地理解，请考虑下图，其中n通道增强型MOSFET在栅极端切换为不同的电压。

• 下图中，MOSFET门端子与V相连_DD，使栅极端所加电压最大。这使得通道电阻变得如此之小，并允许最大的漏极电流流动。这被称为饱和模式，在这种模式下，MOSFET作为闭合开关完全打开。对于p通道增强MOSFET，打开时，栅极电位必须相对于源更负。
• 在截止区域，V_GS施加小于阈值电压水平，因此漏极电流为零。因此，MOSFET处于OFF模式，就像打开开关如图所示。

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MOSFET作为开关的例子

让我们考虑驱动LED的MOSFET电路如图所示。这里用n通道增强MOSFET用一个简单的开关来切换LED。

• 当开关处于开状态时，导致栅极上相对于地或源的电压为零。所以MOSFET保持关闭，LED将不会发光。
• 当按下开关使其关闭时，在门端施加适当的正电压(在这种情况下为5V)。所以，MOSFET被打开，LED将开始发光。
• 这里是一个简单的电阻负载，但在任何电感负载的情况下，如电机，继电器，我们必须使用自由轮二极管横跨负载，以保护MOSFET免受感应电压。

与JFET相比，大多数电路都使用MOSFET作为开关，因为它具有许多优点。我们还可以为jfet和mosfet使用开关电路(以特定的开关频率操作负载)来获得脉宽调制信号根据负载要求。

我们希望所给出的总体信息能够使您理解如何使用具有切换条件和必要数据的fet来切换负载。你也可以在下面的评论区给我们写信，寻求关于这个概念的任何疑问或技术帮助。

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