场效应管(Field-Effect Transistor, FET)是利用电场效应控制电流流动的重要半导体器件,具有输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性好等优点。其主要种类、作用与特点如下:
一、 主要种类
-
结型场效应管 (JFET - Junction Field-Effect Transistor)
- 结构: 由一条掺杂的半导体沟道(N型或P型)和两个夹住沟道的相反类型的半导体区域(栅极)构成。栅极与沟道之间形成PN结。
- 子类:
- N沟道 JFET:沟道为N型半导体,栅极为P型。
- P沟道 JFET:沟道为P型半导体,栅极为N型。
- 特点: 工作于耗尽模式 - 即零栅压时沟道即导通,施加反向栅压(栅极与沟道间的PN结反偏)使其变窄直至夹断(关断)。
-
金属-氧化物-半导体场效应管 (MOSFET - Metal-Oxide-Semiconductor FET)
- 结构: 在半导体(通常是硅)衬底上形成源极和漏极区,通过一层极薄的绝缘层(通常是二氧化硅)覆盖沟道区,上面再放置金属或多晶硅栅极。这是目前应用最广泛、最重要的场效应管。
- 子类:
- 按沟道类型:
- N沟道 MOSFET:衬底为P型,源漏为N+型。
- P沟道 MOSFET:衬底为N型,源漏为P+型。
- 按工作模式:
- 耗尽型 MOSFET: 与JFET类似,零栅压时沟道存在,导电。通过施加相反极性栅压(N沟道加负压,P沟道加正压)使其耗尽关断。
- 增强型 MOSFET: 零栅压时沟道不存在或很窄(不导电)。通过施加正栅压(N沟道)或负栅压(P沟道)吸引载流子形成沟道(开启)。这是目前主流的MOSFET类型。
- 按衬底连接:
- 增强型有常见的4端子器件:栅极(G),源极(S),漏极(D),衬底(B)。使用时通常将B与S短接(成为3端器件)。
- 按功率等级:
- 小信号MOSFET:用于模拟放大、开关小电流。
- 功率MOSFET: 采用特殊结构(如VMOS, U-MOS/沟槽式等),具有低导通电阻、高开关速度、大电流容量,是电源转换、电机驱动、开关电源的核心器件。工作电压范围宽(几十伏至千伏级)。
- 按沟道类型:
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绝缘栅双极型晶体管 (IGBT - Insulated Gate Bipolar Transistor)
- 结构: 结合了MOSFET的电压控制(栅极)特性和双极型晶体管的大电流、低导通压降特性。可以看作是在功率MOSFET输出端增加一个P+层注入极,形成PNP BJT结构。
- 特点: 具有MOSFET的高输入阻抗、快速开关优点,同时具有BJT的低导通压降(特别是在高电压、大电流下)优势。开关速度通常低于MOSFET。
-
其他特殊类型
- VMOS / VDMOS: 一种基于纵向双扩散结构的高功率MOSFET。
- FinFET: 立体沟道结构,用于先进制程的集成电路(CPU, GPU等),克服平面结构尺寸缩小的物理极限。
- HEMT (高电子迁移率晶体管): 利用异质结产生二维电子气(2DEG)实现极高迁移率和速度,主要用于高频/微波领域。
二、 核心作用
场效应管的核心作用都是作为电控开关或放大器:
- 信号放大: 在模拟电路中作为电压放大器。微小的输入栅极电压变化能控制源极和漏极之间较大的输出电流变化,实现信号的电压/功率放大。常用于前置放大器、运算放大器输入级、射频放大器等。
- 电子开关: 在数字电路和功率电子中是核心开关元件。
- 数字开关: 构成逻辑门(如CMOS技术中的反相器、与非门、或非门等),是微处理器、内存等数字集成电路的基础。
- 功率开关: 功率MOSFET和IGBT广泛应用于开关电源、DC-DC转换器、电机驱动变频器、不间断电源、电动汽车驱动系统、充电桩等,进行高效的功率变换和控制。通过快速导通与关断,可以实现精确的能量传递与高效转换。
- 阻抗变换: 利用其高输入阻抗特性,可将高阻抗信号源(如传感器、话筒)的信号耦合到低阻抗负载上,提供良好的隔离。
三、 主要特点
| 特性 | JFET | MOSFET (增强型为主) | IGBT |
|---|---|---|---|
| 控制方式 | 电压控制 | 电压控制 | 电压控制 |
| 输入阻抗 | 很高(PN结反偏) | 极高(绝缘栅) | 极高(绝缘栅) |
| 驱动功率 | 极小(仅需电压,无输入电流) | 极小(仅需充电电流/漏电流) | 极小(输入特性与MOSFET类似) |
| 噪声 | 低(适合小信号低噪声放大) | 一般高于JFET | - |
| 热稳定性 | 好(导通特性受温度变化影响小) | 好(无少子注入) | 较好 |
| 导通电阻 | 较高 (与沟道尺寸、材料相关) | 低(功率型可通过结构优化做得很低) | 极低(尤其是高电压时) |
| 导通压降 | 与Id和Rds(on)相关 | 与Id和Rds(on)相关 | 更低(得益于电导调制效应) |
| 开关速度 | 中等 | 很高(高速器件可达GHz级) | 快(但通常低于同级别功率MOSFET) |
| 输入电容 | 小 | 大(尤其是功率MOSFET,Ciss重要) | 大 |
| 制造工艺 | 相对简单 | 主流(CMOS技术成熟) | 较复杂 |
| 主要工作模式 | 耗尽型 | 增强型(主流)/耗尽型(少) | 增强型 |
| 应用重点 | 低噪声小信号放大、高输入阻抗缓冲器 | 数字逻辑电路、功率开关、模拟放大、射频 | 中高压、大电流功率开关(如电机驱动、逆变器) |
总结
- JFET:以其低噪声、高输入阻抗在小信号放大器和开关中占有一席之地。
- MOSFET:凭借高输入阻抗、易于集成(CMOS)、开关速度快、导通电阻低的特性,成为现代电子技术的基石,从小信号放大到CPU逻辑电路,再到各种开关电源、变频驱动中的功率开关无处不在。
- IGBT:融合MOSFET和BJT优点,在中高压(600V以上)、大电流场合提供优于MOSFET的导通压降和优于BJT的驱动/开关性能,是高压大功率变频调速、工业电源的核心开关。
- FET vs. BJT:FET的核心优势在于电压控制、输入阻抗极高(驱动易)、热稳定性好、无二次击穿(特别适合并联工作)。MOSFET在高频高速开关和低压大电流场合(功率)优势显著,IGBT在中高压大电流场景表现突出。JFET/BJT在特定低噪声模拟放大中仍有价值。
选择哪种场效应管取决于具体应用需求:信号类型(小信号/大功率)、频率要求、电压电流等级、开关速度、功耗、成本等。
场效应管的工作原理和种类
场效应管(Field-Effect Transistor,简称 FET)是一种三端半导体器件,其特点是输入电阻高、输入电容小、输出电阻低、噪声小、速度快、功耗低等。FET分为两种类型:JFET(结型场效应管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)。
2023-02-25 16:23:17
场效应管的特点 场效应管的使用优势
场效应管是一种电子元件,它可以控制电流或电压,通过改变极化层的电场来控制电流或电压。根据其结构特点分为MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、JFET(金属硅场效应管)、IGBT(晶体管场效应管)等。
2023-02-17 15:44:05
场效应管的作用
场效应管的作用 1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。 2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作
ncsbiantai01
2019-05-29 06:18:14
场效应管常用的三大作用有哪些呢?
1、放大电路 场效应管具有输入阻抗高、低噪声等特点,因此经常作为多级放大电流的输入级,与三极管一样,根据输入、输出回路公共端选择不同,将场效应管放电电路分为共源、公漏、共栅三种状态,如下
zhhx1985
2023-02-24 16:28:18
场效应管怎么测量好坏
,因此需要进行严格的测试和检测,以确保其可靠性和稳定性。 一、场效应管的类型 场效应管有两种类型:N沟道场效应管(N-channel FET)和P沟道场效应管(P-channel FET)。这两种类型的场效应管具有相似的结构和工作原理,但具有不同的尺寸和性能特征,
2023-09-02 11:31:24
场效应管的作用及测试资料分享
场效应管的作用 1、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。 2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级
lin364884292
2021-05-13 06:55:31
场效应管的原理与作用 场效应管在电路中起什么作用?
场效应管的原理与作用 场效应管在电路中起什么作用? 场效应管,也被称为晶体管,是一种重要的电子元件。它由一个半导体材料制成,可以调节电流的流动,被广泛应用于电路的放大和开关控制。 场效应管
2023-09-02 11:31:13
场效应管的作用
场效应管是具有源极 (S)、栅极 (G)、漏极 (D) 和体 (B) 端子的四端子器件。通常,场效应管的主体与源极端子相连,从而形成三端器件,例如场效应晶体管。场效应管通常被认为是一种晶体管,并用于模拟和数字电路。
2023-02-27 17:49:44
场效应管的功能和基本特性
,场效应管具有输入阻抗高、噪声小、热稳定性好、便于集成等特点,但容易被击穿。场效应管按其结构不同分为两大类,即绝缘栅型场效应管和结型场效应管。绝缘栅型场效应管由金属、氧化物和半导体材料制成,简称MOS管
一只耳朵怪
2020-12-01 17:36:25
场效应管和可控硅有什么区别?
工作原理 场效应管(FET)是一种三极管,可以通过改变栅极电压调节源极和漏极之间的电阻。场效应管的原理是利用电场控制载流子浓度,其主要特点是输入电阻大,高频特性好。场效应管可以分为N沟道和P沟道两种结构。 可控硅(SCR)是一种双
2023-08-25 15:41:38
ASEMI场效应管40N120的参数特点和作用优势
(VCES):1200V栅极-发射极电压(VGES):±25VG-E阈值电压(VGE):5.5VG-E漏电流(IGES):250nA工作温度:-55~+150℃引线数量:3场效应管40N120具有以下特点
1122334455QYX
2021-12-18 16:12:29
场效应管的作用和类型
场效应晶体管简称场效应管,它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(10^7^~10^15^Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。 一、场效应管的作用
2023-09-20 15:26:06
场效应管的工作原理、放大电路及作用
场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型:结型场效应管(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)。
2023-02-24 17:51:32
开关电源中场效应管的作用解析
场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。主要有两种类型:结型场效应管(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)。
2023-02-25 11:30:45
逆变器中场效应管发热的原因有哪些
,由于有导体存在,产生的电阻将会转化为热量。所以,导通电阻是场效应管发热的主要原因之一。 2. 开关频率发热:逆变器是通过高频开关来控制电路的,为了控制高频开关的开关速度,场效应管必须具备快速开关速度的特点。在频繁开
2024-03-06 15:17:20
结型场效应管和绝缘栅型场效应管的区别是什么?
不同的应用场景中表现出了不同的特性。本文将详细介绍结型场效应管和绝缘栅型场效应管的区别。 首先,结型场效应管(JFET)是一种三端器件,其基本结构由一根n型或p型半导体材料的两端之间夹有一层p型或n型材料组成。这个p-n结被
2023-09-18 18:20:51
场效应管MOSFET是mos管吗?场效应管mos管的区别?
影响。FET主要有三种类型:JFET(结型场效应管)、MOSFET和MESFET(金属半导体场效应管)。 MOSFET是
2023-09-02 11:31:15
场效应管概念
场效应管(FET)是一种具有pn结的正向受控作用的有源器件,它是利用电场效应来控制输出电流的大小,其输入端pn一般工作于反偏状态或绝缘状态,输入电阻很高,栅极处于绝缘状态的场效应管,输入阻抗很大
dposadksapdsakd
2019-07-29 06:01:16
VMOS场效应管是什么?
VMOS场效应管(VMOSFET)简称Vmos管或功率场效应管,其全称为V型槽MOS场效应管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高(≥108W
mintsy
2021-05-13 06:40:51
场效应管的分类及其特点
等功能。场效应管以其高输入阻抗、低噪声、低功耗等特点,在信号处理、放大器、开关电路等领域得到广泛应用。本文将详细介绍场效应管的分类及其特点,以期为读者提供全面深入的了解。
2024-05-31 17:59:32
常见场效应管类型 场效应管的工作原理
场效应管(Field-Effect Transistor,简称FET)是一种电压控制型半导体器件,它利用电场效应来控制电流的流动。场效应管的主要类型有结型场效应管(JFET)、金属氧化物半导体
2024-12-09 15:52:34
场效应管经验总结
场效应管这种器件也是有PN结构成的,它几乎只利用半导体中的一种载流子来导电,故又称单极性晶体管。特点是输入电阻高,有10^7~10^15欧,所以外部的电压几乎全部会加在管子内部,而 不用考虑外部电源
gxs123
2019-06-25 04:20:03
三极管、场效应管与IGBT到底怎么用?
件,它是继三极管之后的新一代放大元件,场效应晶体管可分为耗尽型效应晶体管和增强型效应晶体管,同时又有N沟道和P沟耗尽型之分。场效应管一般用于开关作用,有开关用以及有功率用。特别是电机、开关电源等,应用场
horayte
2023-02-13 15:43:28
绝缘栅场效应管结构
绝缘栅场效应管的种类较多,有PMOS、NMOS和VMOS功率管等,但目前应用最多的是MOS管。MOS绝缘栅场效应管也即金属一氧化物一半导体场效应管,通常用MOS表示,简称作MOS管。它具有比结型场效应管更高的输入阻抗(可达1012Ω以上),并且制造工艺比较简单,使用灵活方便,非常有利于高度集成化。
2019-06-28 16:36:52
场效应管和二极管的特点和优势
场效应管两端并二极管有什么用处 场效应管和二极管是电子器件中常见的两类元件,它们在电路设计和应用中有着重要的作用。 一、场效应管的原理、结构和特点 场效应管是半导体元件中的一种,其工作原理基于电场
2023-12-21 11:27:16
场效应管的介绍和用途
则是由一个绝缘栅和源漏极组成。 MOSFET又可以分为增强型和耗尽型两种类型 。与晶体管相比, 场效应管具有输入电阻高、噪声小、体积小等优点 ,因此在电子电路中得到了广泛的应用。
2023-11-17 16:29:52
