MOSFET結(jié)構(gòu)和符號(hào)及教程摘要

MOSFET的工作原理與JFET相同，但柵極端子與導(dǎo)電溝道電氣隔離。

除了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JFET）外，還有另一種類(lèi)型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其柵極輸入與主載流通道電絕緣，因此被稱(chēng)為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

最常見(jiàn)的絕緣柵FET類(lèi)型用于許多不同類(lèi)型的電子電路被稱(chēng)為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或MOSFET。

IGFET或MOSFET是一種電壓控制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它與JFET的不同之處在于它具有“金屬氧化物”柵電極，它與主半導(dǎo)體n溝道或p溝道電絕緣通過(guò)一層非常薄的絕緣材料，通常是二氧化硅，俗稱(chēng)玻璃。

這種超薄絕緣金屬門(mén)電極可以被認(rèn)為是電容器的一個(gè)板?？刂茤艠O的隔離使MOSFET的輸入電阻在兆歐（MΩ）區(qū)域內(nèi)極高，從而使其幾乎無(wú)限。

由于柵極端子與漏極和源極之間的主載流通道電隔離，“沒(méi)有電流流入柵極”，就像JFET一樣，MOSFET也像電壓一樣工作受控電阻器，流經(jīng)漏極和源極之間主通道的電流與輸入電壓成正比。與JFET一樣，MOSFET的輸入電阻非常高，很容易積累大量靜電，導(dǎo)致MOSFET變得容易損壞，除非小心處理或保護(hù)。

與之前的JFET一樣教程，MOSFET是三端子器件，具有柵極，漏極和源以及P溝道（PMOS）和N溝道（NMOS） MOSFET可用。這次的主要區(qū)別是MOSFET有兩種基本形式：

耗盡類(lèi)型 - 晶體管需要柵極 - 源電壓，（ V GS ）將設(shè)備切換為“OFF”。耗盡型MOSFET相當(dāng)于“常閉”開(kāi)關(guān)。

增強(qiáng)型 - 晶體管需要柵源電壓，（ V GS ）將設(shè)備切換為“ON”。增強(qiáng)型MOSFET相當(dāng)于“常開(kāi)”開(kāi)關(guān)。

兩種MOSFET配置的符號(hào)和基本結(jié)構(gòu)如下所示。

上面的四個(gè)MOSFET符號(hào)顯示一個(gè)名為 Substrate 的附加端子，通常不用作輸入或輸出連接但相反，它用于接地基板。它通過(guò)二極管結(jié)連接到主半導(dǎo)體通道，連接到MOSFET的主體或金屬片。

通常在分立型MOSFET中，該基板引線(xiàn)內(nèi)部連接到源極端子。在這種情況下，如在增強(qiáng)類(lèi)型中，它從符號(hào)中省略以便澄清。

漏極（D）和源極（S）連接之間的MOSFET符號(hào)中的線(xiàn)表示晶體管半導(dǎo)體溝道。如果該通道線(xiàn)是實(shí)心連續(xù)線(xiàn)，那么它代表“耗盡”（常開(kāi)）型MOSFET，因?yàn)槁O電流可以以零柵極偏置電位流動(dòng)。

如果通道線(xiàn)顯示為點(diǎn)線(xiàn)或者是虛線(xiàn)，則它表示“增強(qiáng)”（常閉）型MOSFET，因?yàn)榱懵O電流以零柵極電位流動(dòng)。指向該通道線(xiàn)的箭頭方向表示導(dǎo)電通道是P型還是N型半導(dǎo)體器件。

基本MOSFET結(jié)構(gòu)和符號(hào)

金屬氧化物半導(dǎo)體FET的結(jié)構(gòu)與結(jié)型FET的結(jié)構(gòu)非常不同。耗盡型和增強(qiáng)型MOSFET都使用由柵極電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)改變電荷載流子，n溝道電子或P溝道空穴流過(guò)半導(dǎo)體漏源電路。柵極放置在非常薄的絕緣層之上，在漏極和源極之下有一對(duì)小的n型區(qū)域。

我們?cè)谇懊娴慕坛讨锌吹?，在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，JFET必須以反向偏置pn結(jié)的方式偏置。對(duì)于絕緣柵MOSFET器件沒(méi)有這樣的限制，因此可以將MOSFET的柵極偏置為任一極性，正極（ + ve ）或負(fù)極（ -ve ） 。

這使得MOSFET器件作為電子開(kāi)關(guān)或制造邏輯門(mén)特別有價(jià)值，因?yàn)闆](méi)有偏置它們通常是不導(dǎo)通的，這種高柵極輸入電阻意味著需要很少或不需要控制電流。 MOSFET是電壓控制器件。 p溝道和n溝道MOSFET均有兩種基本形式，增強(qiáng)類(lèi)型和耗盡類(lèi)型。

耗盡模式MOSFET

耗盡型MOSFET，它不常見(jiàn)于增強(qiáng)型模式，通常在不施加?xùn)艠O偏置電壓的情況下切換為“導(dǎo)通”（導(dǎo)通）。也就是當(dāng) V GS = 0 時(shí)，通道導(dǎo)通，使其成為“常閉”設(shè)備。上面針對(duì)耗盡MOS晶體管示出的電路符號(hào)使用實(shí)心通道線(xiàn)來(lái)表示常閉導(dǎo)電通道。

對(duì)于n溝道耗盡型MOS晶體管，負(fù)柵極 - 源極電壓 - V GS 將耗盡（因此得名）其自由電子的導(dǎo)電溝道，將晶體管“關(guān)斷”。同樣，對(duì)于p溝道耗盡MOS晶體管，正柵極 - 源極電壓 + V GS 將耗盡其自由孔的溝道，使其“關(guān)閉”。

換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于n溝道耗盡型MOSFET： + V GS 意味著更多的電子和更多的電流。而 -V GS 意味著更少的電子和更少的電流。對(duì)于p通道類(lèi)型也是如此。耗盡型MOSFET相當(dāng)于“常閉”開(kāi)關(guān)。

耗盡型N溝道MOSFET和電路符號(hào)

耗盡型MOSFET的構(gòu)造方式與它們的JFET晶體管相似，因?yàn)槁O - 源極溝道本身是導(dǎo)電的，電子和空穴已經(jīng)存在于n型或p型中類(lèi)型頻道。這種溝道摻雜在 Drain 和 Source 之間產(chǎn)生低電阻的導(dǎo)電路徑，其中柵極偏置為零。

增強(qiáng)型MOSFET

更常見(jiàn)的增強(qiáng)型MOSFET或eMOSFET與耗盡型類(lèi)型相反。這里導(dǎo)電溝道是輕摻雜的或甚至是未摻雜的，使其不導(dǎo)電。當(dāng)柵極偏置電壓 V GS 等于零時(shí)，這導(dǎo)致器件正常“截止”（不導(dǎo)通）。上面針對(duì)增強(qiáng)型MOS晶體管所示的電路符號(hào)使用斷開(kāi)的通道線(xiàn)來(lái)表示常開(kāi)的非導(dǎo)通溝道。

對(duì)于n溝道增強(qiáng)型MOS晶體管，漏極電流僅在柵極電壓時(shí)流動(dòng)（ V GS ）施加到柵極端子，大于閾值電壓（ V TH ）的電平，其中發(fā)生電導(dǎo)使其成為跨導(dǎo)器件。

向n型eMOSFET施加正（ + ve ）柵極電壓會(huì)吸引更多電子朝向柵極周?chē)难趸瘜訌亩黾踊蛟鰪?qiáng)（因此得名）通道的厚度，允許更多的電流流動(dòng)。這就是為什么這種晶體管被稱(chēng)為增強(qiáng)型器件，因?yàn)槭┘訓(xùn)艠O電壓會(huì)增強(qiáng)溝道。

增加此正柵極電壓將導(dǎo)致溝道電阻進(jìn)一步降低，從而導(dǎo)致漏極增加電流， I D 通過(guò)通道。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)于n溝道增強(qiáng)型MOSFET： + V GS 使晶體管“導(dǎo)通”，而零或 -V GS 將晶體管“關(guān)閉”。因此，增強(qiáng)型MOSFET相當(dāng)于“常開(kāi)”開(kāi)關(guān)。

對(duì)于p溝道增強(qiáng)型MOS晶體管，情況正好相反。當(dāng) V GS = 0 時(shí)，設(shè)備為“OFF”且通道打開(kāi)。向p型eMOSFET施加負(fù)（ -ve ）柵極電壓增強(qiáng)了溝道導(dǎo)電性，使其“導(dǎo)通”。然后對(duì)于p溝道增強(qiáng)模式MOSFET： + V GS 將晶體管“關(guān)閉”，而 -V GS 將晶體管“導(dǎo)通”。

增強(qiáng)型N溝道MOSFET和電路符號(hào)

增強(qiáng)型MOSFET因其低“導(dǎo)通”電阻和極高的“關(guān)斷”電阻而成為出色的電子開(kāi)關(guān)以及由于它們的隔離柵極而具有無(wú)限高的輸入電阻。增強(qiáng)型MOSFET用于集成電路中，以PMOS（P溝道）和NMOS（N溝道）柵極的形式生成CMOS型邏輯門(mén)和功率開(kāi)關(guān)電路。 CMOS實(shí)際上代表互補(bǔ)MOS ，這意味著邏輯器件在其設(shè)計(jì)中同時(shí)具有PMOS和NMOS。

MOSFET放大器

就像之前的結(jié)點(diǎn)域一樣效應(yīng)晶體管，MOSFET可用于制造單級(jí)“A”放大器電路，增強(qiáng)型n溝道MOSFET共源放大器是最流行的電路。耗盡型MOSFET放大器與JFET放大器非常相似，只是MOSFET具有更高的輸入阻抗。

這種高輸入阻抗由 R1形成的柵極偏置電阻網(wǎng)絡(luò)控制和 R2 。此外，增強(qiáng)型共源MOSFET放大器的輸出信號(hào)被反轉(zhuǎn)，因?yàn)楫?dāng) V G 為低電平時(shí)，晶體管切換為“OFF”且 V D （Vout）很高。當(dāng) V G 為高電平時(shí)，晶體管切換為“ON”且 V D （Vout）為低電平，如圖所示。

增強(qiáng)型N溝道MOSFET放大器

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此公共源（CS）的直流偏置MOSFET放大器電路實(shí)際上與JFET放大器相同。 MOSFET電路通過(guò)由電阻 R1 和 R2 形成的分壓器網(wǎng)絡(luò)在A(yíng)類(lèi)模式下偏置。交流輸入電阻為 R IN = R G =1MΩ。

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管三個(gè)終端有源器件由不同的半導(dǎo)體材料制成，可通過(guò)施加小信號(hào)電壓充當(dāng)絕緣體或?qū)w。

MOSFET在這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的能力使其具有兩個(gè)基本功能功能：“切換”（數(shù)字電子）或“放大”（模擬電子）。然后，MOSFET能夠在三個(gè)不同的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行：

1。截止區(qū)域 - 與 V GS 閾值 柵極 - 源極電壓遠(yuǎn)低于晶體管閾值電壓所以MOSFET晶體管切換為“完全關(guān)閉”，因此 I D = 0 ，晶體管就像一個(gè)開(kāi)路開(kāi)關(guān)，無(wú)論 V DS

<跨度> 2。線(xiàn)性（歐姆）區(qū)域 -with V GS > V 閾值 和 V DS GS 晶體管處于其恒定電阻區(qū)域，表現(xiàn)為電壓控制電阻，其電阻值由柵極電壓決定， V GS 級(jí)別。

3。飽和區(qū) - 與 V GS > V 閾值 和 V DS > V GS 晶體管處于恒定電流區(qū)域，因此“完全導(dǎo)通”。漏極電流 I D =晶體管作為閉合開(kāi)關(guān)的最大值。

MOSFET教程摘要

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或簡(jiǎn)稱(chēng)MOSFET，具有極高的輸入柵極電阻，流過(guò)源極和漏極之間的溝道的電流由柵極電壓控制。由于這種高輸入阻抗和增益，如果不小心保護(hù)或處理，MOSFET很容易被靜電損壞。

MOSFET的非常適合用作電子開(kāi)關(guān)或普通電路源放大器的功耗非常小。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的典型應(yīng)用是微處理器，存儲(chǔ)器，計(jì)算器和邏輯CMOS門(mén)等。

另外，請(qǐng)注意，符號(hào)內(nèi)的虛線(xiàn)或虛線(xiàn)表示通常為“OFF”的增強(qiáng)型當(dāng)施加零柵極 - 源極電壓 V GS 時(shí)，“NO”電流可以流過(guò)通道。

符號(hào)內(nèi)的連續(xù)不間斷線(xiàn)表示通常為“ON”的耗盡型，表示電流“CAN”流過(guò)通道，柵極電壓為零。對(duì)于p通道類(lèi)型，除箭頭指向外外，兩種類(lèi)型的符號(hào)完全相同。這可以在下面的切換表中進(jìn)行總結(jié)。

因此對(duì)于n型增強(qiáng)型MOSFET，正柵極電壓使晶體管“導(dǎo)通”并且柵極電壓為零，晶體管將離開(kāi)”。對(duì)于p溝道增強(qiáng)型MOSFET，負(fù)柵極電壓將使晶體管“導(dǎo)通”并且柵極電壓為零，晶體管將“截止”。 MOSFET開(kāi)始通過(guò)通道的電流點(diǎn)由器件的閾值電壓 V TH 決定。

在下一個(gè)關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的教程，而不是使用晶體管作為放大器件，我們將看看晶體管在用作固態(tài)開(kāi)關(guān)時(shí)的飽和和截止區(qū)域的操作。場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)關(guān)在許多應(yīng)用中用于切換直流電流“開(kāi)”或“關(guān)”，例如在低直流電壓下僅需要幾毫安的LED，或在較高電壓下需要更高電流的電機(jī)。