場效應管作用的特點及工作原理

場效應管是只要一種載流子參與導電，用輸入電壓控制輸出電流的半導體器件。有N溝道器件和P溝道器件。有結型場效應三極管JFET和絕緣柵型場效應三極管IGFET之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導體三極管MOSFET。

MOS場效應管有加強型（EnhancementMOS或EMOS）和耗盡型（MOS或DMOS）兩大類，每一類有N溝道和P溝道兩種導電類型。場效應管有三個電極：D（Drain）稱為漏極，相當雙極型三極管的集電極；G（Gate）稱為柵極，相當于雙極型三極管的基極；S（Source）稱為源極，相當于雙極型三極管的發(fā)射極。

加強型MOS（EMOS）場效應管道加強型MOSFET根本上是一種左右對稱的拓撲構造，它是在P型半導體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極，一個是漏極D，一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導體稱為襯底（substrat），用符號B表示。

工作原理

1．溝道構成原理當Vgs=0V時，漏源之間相當兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓，不會在D、S間構成電流。

當柵極加有電壓時，若0＜Vgs＜Vgs（th）時（VGS（th）稱為開啟電壓），經(jīng)過柵極和襯底間的電容作用，將靠近柵極下方的P型半導體中的空穴向下方排擠，呈現(xiàn)了一薄層負離子的耗盡層。耗盡層中的少子將向表層運動，但數(shù)量有限，缺乏以構成溝道，所以依然缺乏以構成漏極電流ID。

進一步增加Vgs，當Vgs＞Vgs（th）時，由于此時的柵極電壓曾經(jīng)比擬強，在靠近柵極下方的P型半導體表層中匯集較多的電子，能夠構成溝道，將漏極和源極溝通。假如此時加有漏源電壓，就能夠構成漏極電流ID。在柵極下方構成的導電溝道中的電子，因與P型半導體的載流子空穴極性相反，故稱為反型層（inversionlayer）。隨著Vgs的繼續(xù)增加，ID將不時增加。

在Vgs=0V時ID=0，只要當Vgs＞Vgs（th）后才會呈現(xiàn)漏極電流，這種MOS管稱為加強型MOS管。

VGS對漏極電流的控制關系可用iD=f（vGS）|VDS=const這一曲線描繪，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線，見圖。

轉(zhuǎn)移特性曲線斜率gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制造用。gm的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導。

跨導的定義式如下：gm=△ID/△VGS|（單位mS）

2．Vds對溝道導電才能的控制

當Vgs＞Vgs（th），且固定為某一值時，來剖析漏源電壓Vds對漏極電流ID的影響。Vds的不同變化對溝道的影響如圖所示。

依據(jù)此圖能夠有如下關系：

VDS=VDG＋VGS=—VGD＋VGSVGD=VGS—VDS

當VDS為0或較小時，相當VGD＞VGS（th），溝道呈斜線散布。在緊靠漏極處，溝道到達開啟的水平以上，漏源之間有電流經(jīng)過。

當VDS增加到使VGD=VGS（th）時，相當于VDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的狀況，稱為預夾斷，此時的漏極電流ID根本飽和。

當VDS增加到VGD

當VGS＞VGS（th），且固定為某一值時，VDS對ID的影響，即iD=f（vDS）|VGS=const這一關系曲線如圖02.16所示。

場效應管發(fā)熱嚴重的原因

1、電路設計的問題，就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài)，而不是在開關狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤；

2、頻率太高，主要是有時過分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了；

3、沒有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片；

4、MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內(nèi)阻沒有充分考慮，導致開關阻抗增大。