N溝道MOSFET的基本概念、應(yīng)用電路及主要類(lèi)型

眾所周知，MOSFET是晶體管的一種，也稱(chēng)為IGFET(絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管)或MIFET(金屬絕緣體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。在MOSFET中，通道和柵極通過(guò)薄的SiO2層分離，它們形成隨柵極電壓變化的電容。

因此，MOSFET就像MOS電容器一樣工作，通過(guò)輸入柵極到源極電壓進(jìn)行控制，所以，MOSFET也可以用作壓控電容器。MOSFET的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于MOS電容器，因?yàn)樵撾娙萜髦械墓杌荘型的。

MOSFET被分為四種類(lèi)型，分別是P通道增強(qiáng)型、N通道增強(qiáng)型、P通道耗盡型和N通道耗盡型。此前已經(jīng)介紹過(guò)幾種類(lèi)型，本文將詳細(xì)說(shuō)說(shuō)N溝道MOSFET的作用、工作原理以及應(yīng)用特點(diǎn)。

基本概念

一種MOSFET溝道由大多數(shù)電荷載流子組成，如電子等載流子，它被稱(chēng)為N溝道MOSFET。一旦這個(gè)MOSFET開(kāi)啟，那么大部分電荷載流子將在整個(gè)通道中移動(dòng)。N溝道MOSFET與P溝道MOSFET形成對(duì)比。

N溝道MOSFET包括位于源極和漏極端子中間的N-溝道區(qū)，它是一個(gè)三端器件，其端子為 G(柵極)、D(漏極)和S(源極)。在這個(gè)晶體管中，源極和漏極是重?fù)诫s的N+區(qū)，而主體或襯底是P型的。

N溝道MOSFET符號(hào)如下所示，其中箭頭符號(hào)方向是向內(nèi)的。這里，箭頭符號(hào)指定了通道的類(lèi)型，表示為P通道或N通道。

工作原理

N溝道MOSFET包括一個(gè)位于源極和漏極中間的N溝道區(qū)域，在這個(gè)FET中，源極和漏極是重?fù)诫s的N+區(qū)域，而主體或襯底是P型的。

在N溝道MOSFET中，通道是在電子到達(dá)時(shí)創(chuàng)建的，+Ve電壓還將電子從N+源極和漏極區(qū)域吸引到溝道中。一旦在漏極和源極之間施加電壓，電流就會(huì)在源極和漏極之間自由流動(dòng)，而柵極處的電壓只會(huì)控制通道內(nèi)的電荷載流子電子。類(lèi)似地，如果在柵極端施加-Ve電壓，則在氧化層下方形成空穴溝道。

應(yīng)用電路

使用N通道MOSFET和Arduino Uno rev3控制無(wú)刷直流風(fēng)扇的電路圖如下所示。該電路可以使用Arduino Uno rev3開(kāi)發(fā)板、N通道MOSFET、無(wú)刷直流風(fēng)扇和連接線(xiàn)構(gòu)建。

在該電路中，使用的MOSFET是2N7000 N溝道MOSFET，它是增強(qiáng)型的，因此應(yīng)該將Arduino的輸出引腳設(shè)置為高電平，以便為風(fēng)扇供電。

該電路的連接步驟如下：

將MOSFET的源極引腳連接到GND。

MOSFET的柵極引腳連接到Arduino的引腳2。

MOSFET的漏極到風(fēng)扇的黑色線(xiàn)。

無(wú)刷直流風(fēng)扇的紅色線(xiàn)連接到面包板的正極導(dǎo)軌。

需要從Arduino 5V引腳到面包板的正極軌提供額外的連接。

通常情況下，MOSFET用于開(kāi)關(guān)和放大信號(hào)。在本示例中，這個(gè)MOSFET用作一個(gè)開(kāi)關(guān)，它包括三個(gè)端子，分別是柵極、源極和漏極。此外，N溝道MOSFET是一種電壓控制器件，它有兩種類(lèi)型，即增強(qiáng)型MOSFET和耗盡型MOSFET。

通常情況下，一旦Vgs(柵極-源極電壓)為0V，增強(qiáng)型MOSFET就會(huì)關(guān)閉，因此應(yīng)該向柵極端提供電壓，以便電流流過(guò)漏極-源極溝道。然而，耗盡型MOSFET 通常在Vgs(柵極-源極電壓)為0V時(shí)開(kāi)啟，因此電流通過(guò)漏極流向源極溝道，直到在柵極端子上提供+ve電壓。其代碼如下：

void setup() {

// 將設(shè)置代碼放在此處，運(yùn)行一次:

pinMode(2, OUTPUT);

}

void loop() {

// 把主要代碼放在這里，實(shí)現(xiàn)重復(fù)運(yùn)行:

digitalWrite(2, HIGH);

delay(5000);

digitalWrite(2, LOW);

delay(5000);

}

因此，當(dāng)5v電源提供給MOSFET的柵極端子時(shí)，無(wú)刷直流風(fēng)扇將打開(kāi)。同樣，當(dāng)0v被提供給MOSFET的柵極端子時(shí)，風(fēng)扇將關(guān)閉。

主要類(lèi)型

如上所述，N溝道MOSFET是一種電壓控制器件，它分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。

1、N溝道增強(qiáng)型MOSFET

一旦柵源電壓為零伏特，增強(qiáng)型N溝道MOSFET通常會(huì)關(guān)閉，因此應(yīng)向柵極端子提供電壓，以便電流供應(yīng)整個(gè)漏源溝道。

N溝道增強(qiáng)型MOSFET的工作原理與增強(qiáng)型P溝道MOSFET相同，只是結(jié)構(gòu)和操作不同。在N溝道MOSFET中，輕摻雜的P型襯底可以形成器件本體，而源極和漏極區(qū)用N型雜質(zhì)重?fù)诫s。

這里源極和主體通常連接到接地端子，一旦向柵極端子施加正電壓，由于柵極的正性和等效電容效應(yīng)，P型襯底的少數(shù)電荷載流子就會(huì)吸引到柵極端子。

P型襯底的多數(shù)電荷載流子(如電子)和少數(shù)電荷載流子將被吸引到柵極端子，使其通過(guò)電子與空穴的復(fù)合在介電層下方形成一個(gè)未覆蓋的負(fù)離子層。

如果不斷增加正柵極電壓，復(fù)合過(guò)程將在閾值電壓水平之后達(dá)到飽和，然后像電子一樣的電荷載流子將開(kāi)始在該位置聚集，形成自由電子傳導(dǎo)通道。這些自由電子也將來(lái)自重?fù)诫s源，并耗盡N型區(qū)。

如果在漏極端施加+ve電壓，那么電流將在整個(gè)通道中流動(dòng)。因此，溝道電阻將取決于溝道內(nèi)的電子等自由電荷載流子。同樣，這些電子將取決于該溝道內(nèi)器件的柵極電位。當(dāng)自由電子濃度形成通道時(shí)，由于柵極電壓的增加，整個(gè)通道的電流將增強(qiáng)。

2、N溝道耗盡型MOSFET

通常情況下，只要柵極到源極的電壓為0V，該MOSFET就會(huì)被激活，因此電流從漏極提供到源極通道，直到柵極(G)端子上施加正電壓。與N溝道增強(qiáng)MOSFET相比，N溝道耗盡MOSFET的工作方式不同。在N溝道耗盡型MOSFET中，使用的襯底是P型半導(dǎo)體。

在N溝道耗盡型MOSFET中，源極和漏極區(qū)域都是重?fù)诫s的N型半導(dǎo)體。源極區(qū)和漏極區(qū)之間的間隙通過(guò)N型雜質(zhì)擴(kuò)散。

一旦在源極和漏極之間施加電位差，電流就會(huì)流過(guò)襯底的N區(qū)域。當(dāng)在柵極端施加-ve電壓時(shí)，電荷載流子(如電子)將在SiO2介電層下方的N區(qū)中被消除并向下移動(dòng)。

因此，在SiO2介電層下會(huì)出現(xiàn)未覆蓋的正離子層。通過(guò)這種方式，通道內(nèi)將發(fā)生電荷載流子的耗盡，所以整個(gè)通道的電導(dǎo)率將降低。

在這種情況下，當(dāng)在漏極端子上施加相同的電壓時(shí)，漏極的電流將減小。這里能夠觀(guān)察到，漏電流可以通過(guò)改變溝道內(nèi)載流子的耗盡來(lái)控制，因此稱(chēng)為耗盡MOSFET。

其中，柵極處于-ve電位，漏極處于+ve電位，源極處于“0”電位。結(jié)果，漏極與柵極之間的電壓差大于源極與柵極之間的電壓差，因此耗盡層寬度更靠近漏極而不是源極。

N溝道MOSFET和P溝道MOSFET的區(qū)別

主要特性

N溝道MOSFET具有漏極和傳輸兩個(gè)特性。

1、漏極特性

N溝道MOSFET的漏極特性包括以下內(nèi)容：

N溝道MOSFET的漏極特性繪制在輸出電流和VDS之間，VDS稱(chēng)為漏源電壓。

正如在上圖中看到的，對(duì)于不同的Vgs值，繪制了相應(yīng)的當(dāng)前值。因此可以在圖中看到不同的漏極電流圖，例如最低Vgs值、最大Vgs值等。

在上述特性中，電流在經(jīng)過(guò)一定的漏極電壓后將保持恒定。因此，工作MOSFET需要漏極到源極的最小電壓。

因此，當(dāng)增加“Vgs”時(shí)，通道寬度將增加，從而導(dǎo)致更多的ID(漏極電流)。

2、傳輸特性

N溝道MOSFET的傳輸特性包括以下內(nèi)容：

傳輸特性也稱(chēng)為跨導(dǎo)曲線(xiàn)，繪制在輸入電壓 (Vgs) 和輸出電流 (ID) 之間。

一開(kāi)始，只要沒(méi)有柵源電壓 (Vgs)，那么流動(dòng)的電流就會(huì)非常小，接近微安。

一旦柵源電壓為正，漏電流逐漸增加。

之后，漏極電流的快速增加相當(dāng)于Vgs的增加。

漏極電流可以通過(guò)ID= K (Vgsq- Vtn)^2獲得。

主要應(yīng)用

N溝道MOSFET的應(yīng)用包括以下內(nèi)容：

用于低電壓設(shè)備應(yīng)用，例如使用電機(jī)和直流電源的全橋和B6橋布置。

有助于將電機(jī)的負(fù)電源反向切換。

N溝道MOSFET在飽和區(qū)和截止區(qū)工作，所以它就像一個(gè)開(kāi)關(guān)電路。

這些MOSFET用于將LAMP投影儀或LED進(jìn)行ON/OFF切換。

在大電流應(yīng)用中N溝道MOSFET是優(yōu)選的。

總結(jié)

以上就是關(guān)于N溝道MOSFET的作用、工作原理以及應(yīng)用特點(diǎn)等相關(guān)內(nèi)容介紹，不難發(fā)現(xiàn)，它與P溝道MOSFET的工作原理是相同的，只是在結(jié)構(gòu)和操作上是相反的。