三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理

三极管、场效应管和MOS管

在二极管工作原理的基础上,本文趁热打铁继续讲解与PN结息息相关的三种晶体管的工作原理。


文章目录

  • 三极管、场效应管和MOS管
    • @[TOC](文章目录)
  • 一、三极管工作原理
    • 1.三极管导通
    • 2.电流放大
  • 二、场效应管(JFET)工作原理
  • 三、MOS管工作原理


一、三极管工作原理

我们知道三极管是一款电流放大器件
三极管分为NPN型和PNP型半导体,两者结构工作原理基本相同,本文以NPN型三极管分析其工作原理。

三极管的结构图如图所示,三级管内部有两个PN结,分别为集电结和发射结,有基集(B)、集电极(C)和发射极(E)三个引脚。
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第1张图片
给三极管三个引脚施加电压,达到什么条件才能使得三极管导通呢?
如果U2=0,即B极电流为0,那三极管必然不会导通,因为存在PN结反偏的现象。
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第2张图片

1.三极管导通

如果B极电流不是0,三级挂工作情况又会如何呢?如图所示:
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第3张图片
U2大于一定的数值(一般是0.7V),则发射结正偏,基极注入小电流,会吸引发射极电子往集电极流动,三极管导通。

2.电流放大

三极管器件内部三个区域存在不同的掺杂浓度,其中发射级浓度远大于基极浓度,此时发射机大量电子往集电极流动,从而放大基极电流。——三极管工作在线性放大区域

三个区域掺杂浓度的大小为:发射极>基极>集电极。

当基极电流大于一定数值后,**三极管工作在饱和区域。**生活中可用水龙头类比,水龙头开到最大,水流便达到阈值。

二、场效应管(JFET)工作原理

场效应管的三个管脚分别为栅极、源极和漏极。场效应管分为N沟道和P沟道场效应管,如下图所示,
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第4张图片
GFET的内部结构图如下所示
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第5张图片
本文以N沟道场效应管讲解其工作原理,由其内部结构图可知场效应管内部也有两个PN结,控制PN极反型层大小可以控制N沟道大小进而控制电流大小。
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第6张图片

如图所示,场效应管生而导通,如果栅极和源集之间电压为0时,源集电子往漏极走,此时漏极和源极之间的电流最大。
当VGS之间的压差大于一定的数值,放在N沟道场效应管中就是栅极电压低于源极电压一定的数值,则场效应管之间就没有贯通电场,使得漏极与源极之间没有电流。如下图所示:
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第7张图片

所以栅极能够控制场效应管的通断,而漏极电压对于沟道的控制是双向控制,无法夹断沟道,VDS大于一定的数值就会沟道就会达到一个平衡点,进入恒流区。

三、MOS管工作原理

MOS管是FET中的一种,现主要用增强型MOS管,分为PMOS和NMOS,其电气表达如下所示。
MOS管也有栅极(G)、漏极(D)和源极(S)。
NMOS:
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第8张图片
PMOS:
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第9张图片

本文以NMOS管为例讲解MOS管的工作原理,如下图所示,栅极那层为SIO2。

1.如果栅极和源极电压相同,漏极与源极之间施加电压,总会有一个PN结反偏,所以MOS管不导通。
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第10张图片
2.如果VGS>门槛电压(如0.7),则在栅极的SIO2内部会形成电场,从而吸引P衬底的电子而排斥空穴,在N极之间形成反型层次,即导通通道。
栅极电压一半在绝缘层,一半在耗尽层,所以栅极电压要达到PN结导通电压要求的两倍。
如耗尽层要求0.7V,方可使得PN结正偏,此时栅极电压必须大于1.4V。
三极管、场效应管和MOS管三者的工作原理_第11张图片
在这个阶段内部,VGS增加,沟道便会变宽,电流ID就会增大。

3.当VGS>VT时,电流ID会有一个阈值,会随着VDS的增加而增加,ID达到阈值后,便进入恒流区。

二极管工作原理见:https://blog.csdn.net/m0_51390088/article/details/124321747?spm=1001.2014.3001.5502

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