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)，它的内部结构，一个使用MOSFET作为开关的示例电路和一些常见的应用。

介绍

晶体管，改变了世界的发明。它们是半导体器件，充当电控开关或信号放大器。晶体管有各种形状、大小和设计，但本质上，所有的晶体管都可以分为两大类。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之间有两个主要区别。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器件，这意味着晶体管基部的电流决定了集电极和发射极之间流动的电流量。对于场效应晶体管，栅极处的电压(场效应晶体管的端子相当于BJT的基极)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
• 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，栅极端子与载流通道绝缘，因此也被称为绝缘栅场效应晶体管(IG-FET)。由于栅极和源极之间的绝缘，MOSFET的输入电阻可能非常高(通常在1014欧姆左右)。

和JFET一样，MOSFET在没有电流流入栅极终端时也充当电压控制电阻。栅极端子处的小电压控制通过源极和漏极端子之间通道的电流。目前，MOSFET晶体管主要用于电子电路的应用，而非JFET。

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，称为衬底或主体(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。损耗型晶体管要求栅源电压(V_GS)以关闭设备。

以上是n通道和p通道类型mosfet耗尽模式的符号。在上面的符号中，我们可以看到第四端(基板)连接到地面，但在离散mosfet中，它是连接到源端。在漏源端子之间连接的连续粗线代表耗尽型。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，在栅极终端下面沉积一层薄薄的硅。耗尽模式MOSFET晶体管在零栅源电压(VGS)时通常是ON的。与增强型mosfet相比，耗尽型mosfet中沟道的电导率较小。

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启器件。n通道和p通道增强模式mosfet的符号如下所示。

在这里，我们可以看到在源和漏之间连接着一条折线，它代表了增强模式类型。在增强模式mosfet中，通过增加氧化物层，增加了沟道中的载流子，从而增加了导电性。

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源之间，如n沟道由p型衬底构成，p沟道由n型衬底构成。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，我们可以看到栅极端子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，漏源之间的通道为n型，与p型衬底相反形成。它很容易偏压MOSFET栅极终端的极性要么正(+ve)或负(-ve)。

如果在栅极终端没有偏置，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。在n通道和p通道中，mosfet的耗尽和增强模式都可用。

耗尽型

耗尽型mosfet通常被称为“接通”器件，因为当栅端没有偏置电压时，这些晶体管通常是关闭的。如果栅极电压为正，则通道宽度以耗尽模式增加。

结果是漏极电流I_D通过渠道增加。如果施加的栅极电压更负，则通道宽度更小，MOSFET可能进入截止区。耗尽型MOSFET是电子电路中很少使用的一种类型的晶体管。

下图是耗尽型MOSFET的特征曲线。

上述给出了耗尽型MOSFET晶体管的V-I特性。这个特性主要给出漏源极电压(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子处起到了零偏置电压的良好导体的作用。当栅极电压为正时，通道宽度和漏极电流增大;当栅极电压为负时，这两个(通道宽度和漏极电流)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等效于常开开关，因为当栅极电压为零时它不导电。如果正电压(+V_GS)作用于n通道栅极端子，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)，然后晶体管可以关闭，通道处于不导电状态。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ON电阻和高OFF电阻以及高栅电阻，在电子电路中主要用作开关。这些晶体管用于制造逻辑门和功率开关电路，例如CMOS门，它同时具有NMOS和PMOS晶体管。

上面显示了增强模式MOSFET的V-I特性，它给出了漏极电流(ID)和漏源极电压(VDS)之间的关系。从上图中我们观察到了增强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可以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的这种能力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，所有的fet)通常不用于放大器电路．

但是，尽管如此，让我们看到使用n通道增强MOSFET的单级“a类”放大电路。共源结构的n通道增强模式MOSFET是目前最常用的放大电路类型。耗尽模式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置电阻控制。这个放大电路的输出信号是倒置的，因为当栅极电压(V_G当电压(V_G)的频率低时，晶体管就被关掉。

通用MOSFET放大器与公共源配置如上所示。这是一个A类模式的放大器。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。

计算上述放大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=漏极处的电源电压

R_年代=电源电阻

R₁& R₂=输入电阻

下面讨论了MOSFET在其总体操作中运行的不同区域。

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域(即完全关断)。在这一区域漏极电流为零，晶体管作为开路。

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，漏源极电压介于VTH和(VGS - VTH)之间，那么我们就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作为一个可变电阻

饱和区域:在这个区域，栅极电压远大于阈值电压，漏极电流处于最大值，晶体管处于完全接通状态。在这一区域，晶体管起一个闭合电路的作用。

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

晶体管开启并启动电流通过通道时的栅极电压称为阈值电压。n通道器件的阈值电压范围在0.5V到0.7V之间，p通道器件的阈值电压范围在-0.5V到-0.8V之间。

MOSFET晶体管在耗尽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。
• 用于电力电子和开关电源的应用。
• mosfet在无线电系统中用作振荡器。
• 用于汽车音响系统和音响强化系统。

结论

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