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在导体三极管中,由于存在两种极性的载流子参与导电,因此也被称为双极型三极管。然而,还有另一种三极管,它仅有一种载流子参与导电,因此被称为单极型三极管。这种三极管利用电场效应来控制电流,因此也被称作场效应三极管(FET),简称场效应管。场效应管可以进一步细分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOSFET)。尽管在搜索中“结型场效应管”的结果寥寥无几,这可能让人误以为结型场效应管已被淘汰。但实际上,JFET在实际应用中确实相对较少。因此,我们接下来将聚焦于更常用的绝缘栅场效应管,简称MOSFET,也常被称为MOS管。这种场效应管的栅极被绝缘层隔离,使得其输入电阻极高,可达09Ω以上。从导电沟道的角度来看,MOSFET可分为N沟道和P沟道两大类,而每一类又进一步细分为增强型和耗尽型。其中,N沟道的MOS管通常简称为NMOS,而P沟道的MOS管则简称为PMOS。
▲MOS管的种类与结构MOS管,作为场效应管的一种,其结构独特,共有三个引脚:栅极G、漏极D和源极S。在管子内部,衬底与源极S是相连的。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,在实际的电路图中,MOS管的符号常被描绘成特定的形状。▲MOS管符号及其常见形态细心观察者或许已发现,在电路图中,无论是N沟道还是P沟道MOS管,其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管则相对较少被采用。
接下来,我们将探讨如何利用MOS管作为电子开关来驱动LED等设备。在此之前,让我们先看看相关的电路图。▲MOS管在电子开关中的应用通常认为,MOS管在导通时并不需要外部电流,只需确保UGS(栅源电压)达到一定阈值即可。以N沟道增强型MOS管为例,当UGS超过其开启电压UGS(th)时,该管便会开始导通。值得注意的是,N沟道增强型MOS管的开启电压UGS(th)通常位于2至4伏特之间。对于P沟道增强型的MOS管,其导通条件与N沟道略有不同。当UGS(栅源电压)小于某个特定值时,P沟道增强型MOS管便会开始导通。值得注意的是,P沟道增强型MOS管的开启电压UGS(th)通常位于-2至-4伏特之间。若UGS未达到特定电压,MOS管将无法导通,这恰恰证明了MOS管作为电压控制型元件的特性。那么,电路图中的电阻Rgs究竟扮演着何种角色呢?事实上,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隔开,这样的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,其容量大小取决于MOS管的结构、所用材料以及所施加的电压。现在,我们来考虑一个场景:如果上述电路图中缺少了电阻Rgs,电路将如何变化?接下来,我们将通过图来进行一个简单的实验来探究这一问题。在缺少电阻Rgs的情况下,当G极施加5V的控制信号时,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的电压依然存在,因此MOS管将继续保持导通状态。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便能有效地释放寄生电容Cgs上的残余电压。因此,MOS管将随之进入截止状态。由此可见,在电路中加入电阻Rgs,能够及时地释放电容电压,进而提升电路的稳定性,并防止在G极无控制信号时出现误操作。