介绍MOSFET |增强，损耗，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(增强和损耗)，它的内部结构，一个例子电路使用MOSFET作为开关和一些常见的应用。

简介

晶体管，改变世界的发明。它们是半导体器件，既可作为电控开关，也可作为信号放大器。晶体管的形状、尺寸和设计各不相同，但本质上，所有的晶体管都可分为两大类。它们是:

• 双极结晶体管或BJT
• 场效应晶体管或场效应晶体管

要了解更多关于晶体管的基础知识及其历史，请阅读介绍了晶体管教程。

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

另一个非常重要的区别是，BJT本质上是一个电流控制器件，这意味着晶体管底部的电流决定了集电极和发射极之间流动的电流量。在场效应管的情况下，栅极上的电压(场效应管中的一个端子相当于BJT中的Base)决定了其他两个端子之间的电流流动。

fet又分为两种类型:

• 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，栅端与载流通道绝缘，因此也称为绝缘栅场效应管(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欧姆量级。

像JFET一样，当没有电流流入栅端时，MOSFET也作为电压控制电阻。栅极端的小电压控制通过源极和漏极之间的通道的电流。目前，MOSFET晶体管主要用于电子电路的应用，而不是JFET。

mosfet也有三个终端，即漏(D)，源(S)和门(G)，还有一个(可选的)终端称为衬底或体(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

损耗型MOSFET晶体管相当于一个“常闭”开关。损耗型晶体管需要门源电压(V_GS)关闭设备。

n通道和p通道类型的mosfet损耗模式的符号如上所示。在上述符号中，我们可以观察到第四个端子(衬底)连接到地面，但在离散mosfet中，它连接到源端。连接在漏极和源极之间的连续粗线代表损耗型。箭头表示通道类型，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终端的下面。损耗模式MOSFET晶体管通常在零门源电压(VGS)时处于ON状态。与增强型mosfet相比，损耗型mosfet的通道电导率更低。

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一个门源电压来打开设备。n通道和p通道增强模式mosfet的符号如下所示。

在这里，我们可以观察到在源和漏之间连接了一条虚线，它表示增强模式类型。在增强模式mosfet中，导电性通过增加氧化层而增加，这增加了通道中的载流子。

通常，这种氧化层被称为“逆温层”。沟道形成于与衬底相反类型的漏极和源极之间，如n沟道由p型衬底制成，p沟道由n型衬底制成。由电子或空穴引起的通道电导率分别取决于n型通道和p型通道。

MOSFET的结构

在这里，我们可以观察到门端位于薄金属氧化物绝缘层的顶部，两个n型区域被用在漏极和源极的下方。

在上述MOSFET结构中，漏极和源极之间的通道为n型，形成于p型衬底对面。很容易偏置MOSFET门终端的正极(+ve)或负极(-ve)。

如果门端没有偏置，那么MOSFET通常处于非导电状态，因此这些MOSFET被用来制作开关和逻辑门。mosfet的损耗和增强模式都可用于n通道和p通道类型。

耗尽型

损耗型mosfet通常被称为“开关”器件，因为当栅端没有偏置电压时，这些晶体管通常是闭合的。如果栅极电压正增加，则在损耗模式下通道宽度增加。

因此漏极电流I_D通过通道增加。如果施加的栅电压越负，则通道宽度越小，MOSFET可能进入截止区。损耗型MOSFET是电子电路中很少使用的一种晶体管。

下图是损耗型MOSFET的特性曲线。

上面给出了损耗型MOSFET晶体管的V-I特性。这一特性主要给出了漏源电压(V_DS)和漏电流(I_D)．栅极上的小电压控制通过通道的电流。

漏极和源之间的通道在栅极端起着零偏置电压的好导体的作用。当栅极电压为正时，沟道宽度和漏极电流增加，当栅极电压为负时，这两者(沟道宽度和漏极电流)减小。

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，因为它不导电时栅电压为零。如果正电压(+V_GS)加到n通道栅端子上，则通道导通，漏极电流流过该通道。

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

增强模式MOSFET晶体管因其低ON电阻和高OFF电阻以及高栅电阻而多用于电子电路中的开关。这些晶体管用于制造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特性如上图所示，给出了漏极电流(ID)和漏极-源极电压(VDS)之间的关系。从上图我们观察了增强MOSFET在不同区域的行为，如欧姆，饱和和截止区域。

MOSFET晶体管由不同的半导体材料制成。根据输入端的偏置电压，这些mosfet具有在导电和非导电模式下工作的能力。MOSFET的这种特性使得它可以用于开关和放大。

n沟道场效应晶体管放大器

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

但是，尽管如此，让我们看看使用n通道增强MOSFET的单级‘a类’放大电路。一般源配置的n通道增强模式MOSFET是常用的放大电路类型。损耗模式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偏压电阻控制。这个放大器电路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)很低，那么晶体管就被关闭了。

通用MOSFET放大器的公共源配置如上所示。这是一个A类模式的放大器。这里的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。

计算上述放大器电路的栅极电压和漏极电流的公式如下所示。

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=漏极电源电压

R_年代=电源电阻

R₁& R₂=输入电阻

下面讨论MOSFET在其总体运行中运行的不同区域。

截止地区:如果门源电压小于阈值电压，那么我们说晶体管工作在截止区域(即完全关闭)。在这个区域漏极电流为零，晶体管充当开路。

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_THMOSFET作为可变电阻

饱和区域:在这个区域，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

使晶体管打开并开始通过通道的电流流动的栅电压称为阈值电压。n通道器件的电压阈值范围在0.5V到0.7V之间，p通道器件的电压阈值范围在-0.5V到-0.8V之间。

MOSFET晶体管的损耗和增强模式取决于栅电压的行为总结如下。

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。
• 用于电力电子和开关电源的应用。
• 在无线电系统中，mosfet被用作振荡器。
• 用于汽车音响系统和扩声系统。

结论

一个完整的初学者指南介绍MOSFET。你们学习了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的电路示例，以及一些应用领域。