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《迷人的8051單片機》----2.3場效應晶體管
本節書摘來自華章出版社《迷人的8051單片機》一書中的第2章，第2.3節，作者高顯生，更多章節內容可以訪問雲棲社區“華章計算機”公眾號查看。
2.3 場效應晶體管
晶體管是依靠輸入電流變化來控製輸出電流的器件，但理想的放大器是不應該損耗信號源的輸出電流的，所以在一個由晶體管構成的放大電路中，因為有基極電流的存在，不可避免地會對輸入信號帶來損耗。與晶體管不同的是，場效應晶體管（FET）是一種用電壓來控製電流的器件，具有很高的輸入阻抗，且溫度穩定性好、噪聲低。按照結構的不同，場效應晶體管可以分為以下兩類：
1. 結型場效應晶體管（JFET）
N型溝道結型場效應晶體管
P型溝道結型場效應晶體管
2. 絕緣柵型場效應晶體管（MOSFET）
增強型MOS場效應晶體管（N溝道、P溝道）
耗盡型MOS場效應晶體管（N溝道、P溝道）
絕緣柵型場效應晶體管在實際應用中多見增強型MOS管，N型溝道的簡稱為“NMOS”，P型溝道的簡稱為“PMOS”，絕緣柵型場效應晶體管的外觀如圖2-13所示。
2.3.1 結型場效應晶體管
結型場效應晶體管（JFET）按照製作的工藝不同可分為N型溝道和P型溝道兩種，在電路圖中的表示符號如圖2-14所示。
結型場效應晶體管的內部結構如圖2-15所示。我們先以N型溝道結型場效應晶體管為例，在N型矽棒兩端引出漏極D和源極S兩個電極，又在矽棒的兩側各做一個P區，形成兩個PN結。在P區分別引出電極並將其連接起來，成為柵極G，這樣就構成了N型溝道的結型場效應晶體管。同樣，P型溝道場效應晶體管則是在P型矽棒兩側各做一個N區，就製成了P型溝道結型場效應晶體管。
無論是N型溝道還是P型溝道場效應晶體管，從漏極至源極的電流均受加在柵極和源極PN結上的反向電壓的控製，反向電壓越高，兩個柵極邊上的耗盡層就越厚，溝道的麵積就越小，流過漏極和源極之間的電流就越小。通過改變柵極和源極之間的電壓，就能控製漏極和源極之間的電流。結型場效應晶體管和晶體管相比有輸入阻抗高等優點，但也有不足之處，主要表現在以下幾個方麵：
1）柵源極間的電阻雖然可達10MΩ以上，但在某些場合仍嫌不夠高。
2）在高溫下，PN結的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。
3）柵源極間的PN結加正向電壓時，將出現較大的柵極電流。
2.3.2 絕緣柵型場效應晶體管（MOS管）
正因為結型場效應晶體管有上述缺點，使用絕緣柵型場效應晶體管就可以很好地解決這些問題。絕緣柵型場效應晶體管是由金屬、氧化物和半導體組成的，所以又稱為“金屬－氧化物－半導體”場效應晶體管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，簡稱MOSFET或MOS管）。絕緣柵型場效應晶體管分為增強型和耗盡型兩種。在柵極和源極之間不加電壓的情況下，漏極和源極之間斷開的稱為增強型場效應晶體管，導通的稱為耗盡型場效應晶體管。無論增強型還是耗盡型，都分為N型溝道和P型溝道兩種。
1.增強型MOS管
增強型MOS管在電路中的表示符號如圖2-16所示，其內部結構如圖2-17所示。
N溝道增強型MOS管是用一塊P型矽片作為襯底，在它上麵做兩個相隔的N型區，作為源極S和漏極D，另外在矽片表麵覆蓋一層二氧化矽絕緣層，在絕緣層上覆蓋金屬鋁並引出電極作為柵極G。同理，P溝道增強型MOS管是在N型矽上做兩個P型區而成。由於增強型MOS管的柵極與其他電極絕緣，所以稱為絕緣柵MOS管。也正是由於這個原因，使這種MOS管的輸入阻抗非常高。
接下來我們需要分析一下增強型MOS管的原理。當柵極上無電壓時，在源極與漏極之間總存在一個反向的PN結，所以不會有電流流過，此時MOS管處於截止狀態；當有一個電壓施加在MOS管柵極上時，由於電場的作用，此時在半導體中會出現一個導電溝道，使源極和漏極導通，改變柵極電壓，就可以控製源極和漏極之間的電流。
2. 耗盡型MOS管
耗盡型MOS管在電路中的表示符號如圖2-18所示，其內部結構如圖2-19所示。
耗盡型MOS管的內部結構和增強型MOS管基本相同，所不同的是在製造管子時在源極和漏極之間預先埋設了導電溝道，所以在無柵極電壓的情況下，管子的源極和漏極之間是導通的。當在柵極上施加反向電壓時，產生的耗盡層會夾斷導電溝道，從而控製源極與漏極之間的電流。
最後更新：2017-05-23 17:32:00