绝缘栅

深入了解场效应管从基础知识到应用实例

发布时间:2025/4/1 13:45:39   

在半导体三极管的世界里,我们遇到了双极型三极管,它们因具有两种极性的载流子而得名。然而,还有另一类三极管,它们仅由一种载流子导电,因此被称为单极型三极管。这类三极管利用电场效应来调控电流,因此又被称为场效应三极管(FET),简称场效应管。场效应管可分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOSFET)。若你在某宝平台搜索“场效应管”,结果中大部分显示的是绝缘栅场效应管。在某宝平台进行搜索时,即使输入“结型场效应管”,也仅能发现有限的几种产品。这不禁让人产生疑问,难道结型场效应管已经逐渐被淘汰,被人类遗忘了吗?事实上,JFET(结型场效应管)在现实中的应用确实相对较少,即便向百度寻求答案,也似乎难以找到明确的解释。欢迎了解原因的朋友们留言探讨,为何结型场效应管在实际应用中相对较少使用?接下来,我们将跳过对JFET的深入探讨,转向更实用的内容,即绝缘栅场效应管的基础知识。

绝缘栅场效应管,其全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管。这种场效应管的栅极通过绝缘层与沟道隔离,因此得名绝缘栅场效应管,英文简称MOSFET,通常简称为MOS管。MOSFET的输入电阻极高,可达09Ω以上。在导电沟道方面,它可分为N沟道和P沟道两大类,每类又包含增强型和耗尽型两种。N沟道MOS管常简写为NMOS,而P沟道MOS管则简写为PMOS。

▲MOS管种类与结构

MOS管具有三个引脚:栅极G、漏极D和源极S。在MOS管的内部结构中,衬底通常与源极S连接。此外,漏极D和源极S之间通常会存在一个寄生二极管。因此,在电路图中,我们经常看到的MOS管符号通常是这样描绘的。

▲MOS管符号与使用

细心观察的朋友或许已发现,在MOS管的符号中,无论是N沟道还是P沟道,寄生二极管的方向总是与箭头的指向保持一致。

在实际应用中,N沟道增强型MOS管和P沟道增强型MOS管是更为常用的选择,而耗尽型MOS管则相对较少使用。

那么,我们如何利用MOS管来构建电子开关,例如驱动LED呢?接下来,我们将通过几个图示来探讨这一问题。

▲MOS管在电子开关中的应用

通常,MOS管的导通并不需要外部电流,只需在栅源极间施加一定的电压即可实现。对于N沟道增强型MOS管,当其栅源电压UGS超过某个特定值时,即达到开启电压UGS(th)(通常介于24V之间),该管便会导通。这一特性使得MOS管成为电子开关的理想选择。对于P沟道增强型的MOS管,其导通条件与N沟道增强型MOS管有所不同。当P沟道增强型MOS管的栅源电压UGS小于某个特定值时,即达到其开启电压UGS(th)(通常介于-24V之间),该管便会开始导通。这一特性使得P沟道增强型MOS管在电子开关领域也具有一定的应用价值。若栅源电压UGS无法达到特定电压值,则MOS管将无法导通,这进一步证实了MOS管作为电压控制型元件的特性。或许有人会问,电路图中的电阻Rgs究竟扮演着何种角色?在MOS管的内部构造中,G极与D极、S极之间通过一层绝缘的二氧化硅层进行隔离,这一结构类似于一个电容器。这些寄生电容的存在是不可避免的,其大小受到MOS管的结构、材料以及所加电压的影响。为了进一步探究,我们可以考虑一个简单的电路实验。假设图中的电路缺少了电阻Rgs,那么电路将如何变化呢?接下来,我们将通过图来展开这个小小的实验。当电路中缺少电阻Rgs时,若在G极施加5V的控制信号,这相当于对寄生电容Cgs进行充电。即便随后撤去G极上的控制电压,由于电容Cgs上仍存有电压,因此MOS管将保持导通状态。当G极和S极之间存在电阻Rgs时,一旦从G极撤去5V的控制信号,电阻Rgs就能释放寄生电容Cgs上的残留电压,从而使得MOS管进入截止状态。因此,在电路中加入电阻Rgs,能够及时释放电容电压,从而提高电路的稳定性,防止在G极无控制信号时出现误操作。此外,MOS管还具备高输入阻抗、快速开关速度、出色的热稳定性以及电压控制电流等特性,使其在电路中适用于放大器、电子开关等多种应用。关于MOS管的更多知识,我们将在后续的讨论中继续探索。



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