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MOSFET 的工作原理:基本理解、类型和应用

  • 发表时间:2021-11-12 08:59:19
  • 来源:本站
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MOSFET 代表金属氧化物半导体场效应晶体管。与任何传统晶体管一样,它是一种在现代电力电子设备中有许多应用的晶体管。此外,它的功能基于电流如何流过它。需要注意的是,MOSFET 在不同电路中的使用有很多变化本文讨论了 MOSFET 的工作原理、MOSFET 的基本类型、相对于 BJT 的优势及其应用。此外,您将学习如何在您的电路中进行 MOSFET 工作。

让我们开始吧!

什么是MOSFET?

MOSFET 是一种紧凑型晶体管。晶体管是半导体器件,用于通过调节流过它们的电压来控制电流的流动。

它与 BJT 的不同之处在于它如何允许电流通过。在 MOSFET 中,施加到栅极区域的电压决定了有多少电流从漏极流向源极。并且,这种特性使 MOSFET 得名——金属氧化物半导体场效应晶体管。有趣的是,这些晶体管可以放大信号或只让一种特定的电荷载流子通过。

MOSFET结构

                                                                   (MOSFET 结构)

来源:维基共享资源

简而言之,它是一种三端设备,用于确定闭合电路中的电流。其主要结构端子是;源极 (S)、栅极 (G) 和漏极 (D)。它的作用取决于施加的栅极电压但是,如果考虑它的主体,那么 MOSFET 就是一个四端器件。

具有电子计算机硬件背景的MOSFET

(具有电子计算机硬件背景的MOSFET)

MOSFET的基本类型

存在三种基本类型的 MOSFET。 

第一种类型是“N 沟道增强型 MOSFET”或通常导通(n 沟道 MOSFET)。即使在其端子上施加零输入电压,它也允许电流流过漏极和源极之间的通道。此外,这意味着它不需要门信号进行操作,因此在简单的数字电路中很有帮助。在这里,引脚在物理上是分开的。

N 沟道增强型 MOSFET

(N 沟道增强型 MOSFET)

第二种类型的 MOSFET 是“N 沟道耗尽模式”或通常关闭(n 沟道)。这种类型需要负电压才能打开并允许电流流动。此外,它还有一个优势,因为这种类型的晶体管在关闭时充当电阻器因此,在需要控制输入电压的特定应用中非常有用。引脚是物理连接的。

N 沟道耗尽型 MOSFET

(N 沟道耗尽型 MOSFET)

第三,“P 沟道耗尽型 MOSFET 晶体管”通常是关断的(p 沟道 MOSFET)。这种类型会阻止任何电流流过它,除非正电荷流过其端子。这意味着这种类型的晶体管充当绝缘体。因此,它不适用于需要始终通过电流的特定应用。

P 沟道耗尽型 MOSFET

  (P 沟道耗尽型 MOSFET)

最后,“P 沟道增强型 MOSFET”或常开(p 沟道)MOSFET。这种类型的电流传导需要零栅源电压。此外,它比其 n 沟道对应物具有优势,因为它在关闭状态下不会耗散能量。此功能允许它在切换应用程序中使用。

P 沟道增强型 MOSFET

(P 沟道增强型 MOSFET)

MOSFET 是如何工作的?

我们应该首先讨论的是 MOSFET 是如何工作的?答案可能会让你大吃一惊!

MOSFET示意图

(MOSFET原理图)

来源:维基共享资源

MOSFET 通过让电流流过其端子或不让电流流过其端子来工作,这取决于施加的电压。它利用施加在与金属氧化物层相邻半导体表面上的电压产生的电场效应因此,这允许 MOSFET 作为 p 型或 n 型工作。

栅电极控制器件内源极和漏极区沟道之间的沟道电导率。这种工作原理使晶体管充当理想的开关。从而使我们能够控制电流如何流经我们的电路。

这是您如何使用 MOSFET。通过控制流经栅极区域的电压有多少,您可以确定漏源沟道中的漏电流。

MOSFET 符号内联设计

(MOSFET 符号内嵌设计)

注意;重要的是要注意 MOSFET 晶体管和 BJT 晶体管略有不同。BJT 中,电流从集电极流向发射极,而在 MOSFET 中,这种流动发生在源极和漏极之间。发生的情况是,当施加到其栅极端子的电压超过特定阈值电压时,电流开始流过它。

MOSFET 相对于 BJT 的优势

MOSFET相对于BJT的优势如下:

  • 首先,MOSFET 可用于制作更紧凑的电路。

  • 其次,与 BJT 晶体管相比,MOSFET 需要的功率和能量更少,因此整体效率更高。由于没有基极电流,器件在关断状态时耗散的能量非常少。

  • 第三,MOSFET 的制造成本低于 BJT 晶体管。因此,它们是在家中或出于爱好者目的设计电路时的首选

  • 其次,MOSFET 可以在高温环境中工作,因为其栅极端子不需要像 PNP 晶体管那样绝缘。这使它在温度变得非常高的应用中非常有用。

  • 最后,MOSFET 可用于电压放大,因为它们有两个导电端子。当处于导通状态时,此功能允许更有效的电流通过电路。相比之下,BJT 只需要一个端子将电流从漏极传递到源极端,反之亦然。

计算机工程师镊子

(计算机工程师镊子)

MOSFET的应用

  • MOSFET 作为开关

MOSFET 在控制电压的电力应用中非常有用。它可以通过栅极端子进行电流控制来轻松做到这一点。因此,这使得它要么打开要么关闭(很像主开关)。此外,这使得 MOSFET 成为理想的设备,可用作电源和需要供电的设备之间的接口。

Mosfet 作为开关

(Mosfet 作为开关)

n 沟道 MOSFET 的示例应用。当按下开关时,LED亮起。

来源; 维基共享资源

  • 放大应用

MOSFET 还可以通过在导通状态下允许更大的电流流过其漏电极来放大流过它的电流。它使 MOSFET 适用于需要电压放大(例如放大声波)的应用。

  • 动态应用

MOSFET 在需要快速改变状态的应用中很有帮助,这使它们成为需要大量开关的电路设计中的有价值的器件。

  • 作为压控电阻或可变电阻

当 MOSFET 在应用中用作关断开关时,它们是制作可变或压控电阻器的合适器件。

晶体管

(晶体管)

结论

总之,MOSFET 是合适的晶体管器件,可用于广泛的应用。它们易于使用和理解。 

我们希望您了解 MOSFET 的工作原理及其在日常生活中的用途!如果您有任何其他问题,请告诉我们我们很乐意帮助。