场效应管MOS

场效应管场效应管又称场效应晶体管Field Effect Transistor缩写为FET它与三极管一样具有放大能力。场效应管有漏极D极、栅极G极和源极S极。场效应管可分为结型和绝缘栅型。场效应管Field Effect Transistor, FET是一种电压控制型半导体器件通过“电场”来控制电流大小。与三极管BJT不同它几乎不需要输入电流因此输入阻抗非常高功耗低。与三极管一样场效应管也是由P型半导体和N型半导体组成的。三极管有PNP型和NPN型两种场效应管则分P沟道和N沟道两种。结型场效应管结型场效应管JFET, Junction Field Effect Transistor 是一种通过 PN结反向偏置形成电场 来控制电流的器件属于最早的一类场效应管.JFET结型场效应管结构简单噪声低多用于模拟电路结型场效应管在电路中主要用作放大信号电压.结型场效应管的工作原理当在D、S极之间加上正向电压UDSU_{DS}UDS​时, 会有电流从D极流向S极, 若再在G、S极之间加上反向电压(P型半导体接低电位, N型半导体接高电位), 结型场效应管内部的两个耗尽层就会变厚, 沟道变窄, 由D极流向S极的电流IDI_DID​就会变小, 反向电压越高, 沟道越窄, 电流IDI_DID​越小.N沟道 JFET最常见中间是 N型导电沟道两侧是 P型区域栅极形成 PN结结型场效应管的放大能力用跨导gmg_mgm​表示gmΔIDΔUGS g_m \frac{\Delta I_D}{\Delta U_{GS}}gm​ΔUGS​ΔID​​gmg_mgm​单位是西门子(S), 也可以用A/V表示.与 MOSFET 的区别项目JFETMOSFET栅极结构PN结绝缘氧化层输入阻抗高极高更高控制方式反向偏置电压控制默认状态常导通常关断增强型抗静电能力强较弱应用模拟电路开关、电源与三极管BJT区别项目BJTJFET控制方式电流控制电压控制输入阻抗低高噪声较大很低应用放大精密放大绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSFET简称MOS管MOS管分为耗尽型和增强型每种类型又分为P沟道和N沟道。增强型 MOSFETEnhancement-mode MOS增强型 MOSFET 是最常用的一类场效应管尤其是 N沟道增强型.符号表示工作原理在开关S断开时NMOS管的G极无电压D、S极所接的两个N区之间没有导电沟道所以两个N区之间不能导通电流ID为0A。如果将开关S闭合NMOS管的G极获得正电压与G极连接的铝电极有正电荷它产生的电场穿过SiO2层将P衬底的很多电子吸引靠近SiO2层从而在两个N区之间形成导电沟道由于此时D、S极之间加有正向电压所以有电流ID从D极流入再经导电沟道从S极流出。如果改变E2电压的大小也即改变G、S极之间的电压UGS与G极相通的铝层产生的电场大小就会变化SiO2层下面的电子数量就会变化两个 N 区之间的沟道宽度就会变化流过的电流ID大小就会变化。电压UGS越高沟道就会越宽电流ID就会越大。耗尽型MOS管与增强型NMOS管不同的是耗尽型NMOS管内的SiO2层中掺有大量的杂质其中含有大量的正电荷它将衬底中大量的电子吸引靠近SiO2层从而在两个N区之间形成导电沟道。当NMOS管的D、S极之间加上电源E1时由于D、S极所接的两个N区之间有导电沟道存在所以有电流ID流过沟道如果再在G、S极之间加上电源E2E2的正极除了接S极外还与下面的P衬底相连E2的负极则与G极的铝层相通铝层的负电荷电场穿过SiO2层排斥SiO2层下方的电子从而使导电沟道变窄流过导电沟道的电流ID减小。耗尽型MOS管具有的特点是在G、S极之间未加电压即UGS0V时D、S极之间就有沟道存在ID不为0A当G、S极之间加上负电压UGS时如果电压UGS变化沟道宽窄会发生变化电流ID就会变化。在工作时耗尽型NMOS管的G、S极之间应加负电压即UGUSUGSUG−US为负电压耗尽型PMOS管的G、S极之间应加正电压即UGUSUGSUG−US为正电压。MOSFETMOSFET为金属氧化物半导体场效应管的总称, 包含两大类增强型Enhancement默认关断最常用耗尽型Depletion默认导通很少用增强型 NMOSMCU输出高电平, MOS导通, 负载工作, 最简单最稳定, MCU直接驱动, 广泛应用于:LED;电机;继电器;耗尽层 NMOS默认就是导通的, 需要负电压才能关断, 电路复杂, 不适合MCU直接控制, 所以实际工程中很少用.绝缘栅双极型晶体管IGBTInsulated Gate Bipolar Transistor 是一种把 MOSFET 的“电压控制” BJT三极管的“大电流能力”结合在一起的功率半导体器件。它综合了三极管和MOS管的优点故有很好的特性因此广泛应用在各种中小功率的电力电子设备中。IGBT相当于一个PNP型三极管和增强型NMOS管组成, IGBT有3个极集电极C极、栅极G极和发射极E极.IGBT 主要有三个引脚GGate栅极 控制端类似 MOSFETCCollector集电极 高压端EEmitter发射极 低压端 可以把 IGBT 理解成“MOSFET 驱动一个大功率三极管”电源E2通过开关S为IGBT提供UGE电压电源E1经R1为IGBT提供UCE电压。当开关S闭合时IGBT的G、E极之间获得电压UGE只要电压UGE大于开启电压26V IGBT内部的NMOS管就有导电沟道形成NMOS管的D、S极导通为三极管电流Ib提供通路三极管导通有电流IC从IGBT的C极流入经三极管e极后分成I1和I2两路电流电流I1流经NMOS管的D、S极电流I2从三极管的c极流出电流I1、I2汇合成电流IE从IGBT的E极流出即IGBT处于导通状态。当开关S断开后电压UGE为0V NMOS管的导电沟道夹断消失I1、I2都为0A电流IC、IE也为0A即IGBT处于截止状态。典型应用 1️⃣ 电机驱动核心应用变频器VVVF工业电机控制电动车、电梯 2️⃣ 逆变器光伏逆变器UPS 电源 3️⃣ 电力电子系统高压直流输电HVDC焊机、电源设备 4️⃣ 感应加热 / 大功率设备高频加热工业电源