?場效應管工作原理

　 ?MOS場效應管電源開關電路。

　　這是該裝置的核心，在介紹該部分工作原理之前，先簡單解釋一下MOS 場效應管的工作原理。
? ? 　MOS 場效應管也被稱為MOS FET， 既Metal Oxide Semiconductor Field Effect

　　Transistor（金屬氧化物半導體場效應管）的縮寫。它一般有耗盡型和增強型兩種。本文使用的為增強型MOS

　　場效應管，其內部結構見圖5。它可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型，PNP型也叫P溝道型。由圖可看出，對于N溝道的場效應管其源極和漏極接在N型半導體上，同樣對于P溝道的場效應管其源極和漏極則接在P型半導體上。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場效應管，其輸出電流是由輸入的電壓（或稱電場）控制，可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流，這使得該器件有很高的輸入阻抗，同時這也是我們稱之為場效應管的原因。

　　場效應管的工作原理，我們先了解一下僅含有一個P—N結的二極管的工作過程。如圖6所示，我們知道在二極管加上正向電壓（P端接正極，N端接負極）時，二極管導通，其PN結有電流通過。這是因為在P型半導體端為正電壓時，N型半導體內的負電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導體端，而P型半導體端內的正電子則朝N型半導體端運動，從而形成導通電流。同理，當二極管加上反向電壓（P端接負極，N端接正極）時，這時在P型半導體端為負電壓，正電子被聚集在P型半導體端，負電子則聚集在N型半導體端，電子不移動，其PN結沒有電流通過，二極管截止。

　　對于場效應管（見圖7），在柵極沒有電壓時，由前面分析可知，在源極與漏極之間不會有電流流過，此時場效應管處與截止狀態（圖7a）。當有一個正電壓加在N溝道的MOS

　　場效應管柵極上時，由于電場的作用，此時N型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而涌向柵極，但由于氧化膜的阻擋，使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導體中（見圖7b），從而形成電流，使源極和漏極之間導通。我們也可以想像為兩個N型半導體之間為一條溝，柵極電壓的建立相當于為它們之間搭了一座橋梁，該橋的大小由柵壓的大小決定。圖8給出了P溝道的MOS

　　場效應管的工作過程，其工作原理類似這里不再重復。

　　下面簡述一下用C-MOS場效應管（增強型MOS

　　場效應管）組成的應用電路的工作過程（見圖9）。電路將一個增強型P溝道MOS場效應管和一個增強型N溝道MOS場效應管組合在一起使用。當輸入端為低電平時，P溝道MOS場效應管導通，輸出端與電源正極接通。當輸入端為高電平時，N溝道MOS場效應管導通，輸出端與電源地接通。在該電路中，P溝道MOS場效應管和N溝道MOS場效應管總是在相反的狀態下工作，其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響，使得柵壓在還沒有到0V，通常在柵極電壓小于1到2V時，MOS場效應管既被關斷。不同場效應管其關斷電壓略有不同。也正因為如此，

　　使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

　　由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場效應管電路部分的工作過程（見圖10）。工作原理同前所述。

　　場效應晶體管（Field Effect Transistor縮寫（FET））簡稱場效應管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子，即多數載流子和反極性的少數載流子參與導電，因此稱為雙極型晶體管，而FET僅是由多數載流子參與導電，它與雙極型相反，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點，現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。

　　一、場效應管的分類

　　場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管（JFET）因有兩個PN結而得名，絕緣柵型場效應管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應管中，應用最為廣泛的是MOS場效應管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管，以及最近剛問世的πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。

　　按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。

　　場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類。見下圖。

　　二、場效應三極管的型號命名方法

　　現行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如，3DJ6D是結型N溝道場效應三極管，3DO6C 是絕緣柵型N溝道場效應三極管。

　　第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應管，××以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。

　　三、場效應管的參數

　　場效應管的參數很多，包括直流參數、交流參數和極限參數，但一般使用時關注以下主要參數：

　　1、I DSS — 飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，柵極電壓U GS=0時的漏源電流。

　　2、UP — 夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，使漏源間剛截止時的柵極電壓。

　　3、UT — 開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中，使漏源間剛導通時的柵極電壓。

　　4、gM — 跨導。是表示柵源電壓U GS — 對漏極電流I D的控制能力，即漏極電流I D變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM 是衡量場效應管放大能力的重要參數。

　　5、BUDS — 漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時，場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在場效應管上的工作電壓必須小于BUDS。

　　6、PDSM — 最大耗散功率。也是一項極限參數，是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時，場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定余量。

　　7、IDSM — 最大漏源電流。是一項極限參數，是指場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。場效應管的工作電流不應超過IDSM

　　幾種常用的場效應三極管的主要參數