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  • 场效应管的内部结构图详解
    • 发布时间:2021-06-12 14:37:19
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    场效应管的内部结构图详解
    场效应管内部结构解析
    功率场效应晶体管分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。
    其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR, 但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
    功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型。
    场效应管内部结构
    场效应管的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。
    导电机理与小功率场效应管相同,但结构上有较大区别,小功率场效应管是横向导电器件,场效应管大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
    场效应管的内部结构
    场效应管工作原理
    截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。
    导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子—电子吸引到栅极下面的P区表面。
    当UGS大于UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。
    基本特性
    静态特性;其转移特性和输出特性如图2所示。
    场效应管的内部结构
    漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性,ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导Gfs
    MOSFET的漏极伏安特性(输出特性):截止区(对应于GTR的截止区);饱和区(对应于GTR的放大区);非饱和区(对应于GTR的饱和区)。
    电力 MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换。电力MOSFET漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器件导通。电力 MOSFET的通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。
    动态特性;其测试电路和开关过程波形如图3所示。
    场效应管的内部结构
    开通过程;开通延迟时间td(on) —up前沿时刻到uGS=UT并开始出现iD的时刻间的时间段;
    上升时间tr— uGS从uT上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段;
    iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。UGSP的大小和iD的稳态值有关,UGS达到UGSP后,在up作用下继续升高直至达到稳态,但iD已不变。
    开通时间ton—开通延迟时间与上升时间之和。
    关断延迟时间td(off) —up下降到零起,Cin通过Rs和RG放电,uGS按指数曲线下降到UGSP时,iD开始减小为零的时间段。
    下降时间tf— uGS从UGSP继续下降起,iD减小,到uGS。
    关断时间toff—关断延迟时间和下降时间之和。
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