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場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖詳解
  • 發(fā)布時(shí)間:2021-06-12 14:37:19
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場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖詳解
場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)解析
功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡(jiǎn)稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結(jié)型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。
其特點(diǎn)是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,需要的驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR, 但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
功率MOSFET的種類:按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。按柵極電壓幅值可分為;耗盡型;當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道,增強(qiáng)型;對(duì)于N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道,功率MOSFET主要是N溝道增強(qiáng)型。
場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)
場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)如圖1所示;其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電,是單極型晶體管。
導(dǎo)電機(jī)理與小功率場(chǎng)效應(yīng)管相同,但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別,小功率場(chǎng)效應(yīng)管是橫向?qū)щ娖骷?,?chǎng)效應(yīng)管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),又稱為VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。
場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
場(chǎng)效應(yīng)管工作原理
截止:漏源極間加正電源,柵源極間電壓為零。P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏,漏源極之間無(wú)電流流過。
導(dǎo)電:在柵源極間加正電壓UGS,柵極是絕緣的,所以不會(huì)有柵極電流流過。但柵極的正電壓會(huì)將其下面P區(qū)中的空穴推開,而將P區(qū)中的少子—電子吸引到柵極下面的P區(qū)表面。
當(dāng)UGS大于UT(開啟電壓或閾值電壓)時(shí),柵極下P區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度,使P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層,該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失,漏極和源極導(dǎo)電。
基本特性
靜態(tài)特性;其轉(zhuǎn)移特性和輸出特性如圖2所示。
場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性,ID較大時(shí),ID與UGS的關(guān)系近似線性,曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs
MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的飽和區(qū))。
電力 MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)回轉(zhuǎn)換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時(shí)器件導(dǎo)通。電力 MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。
動(dòng)態(tài)特性;其測(cè)試電路和開關(guān)過程波形如圖3所示。
場(chǎng)效應(yīng)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
開通過程;開通延遲時(shí)間td(on) —up前沿時(shí)刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時(shí)刻間的時(shí)間段;
上升時(shí)間tr— uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)間段;
iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān),UGS達(dá)到UGSP后,在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài),但iD已不變。
開通時(shí)間ton—開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。
關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) —up下降到零起,Cin通過Rs和RG放電,uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時(shí),iD開始減小為零的時(shí)間段。
下降時(shí)間tf— uGS從UGSP繼續(xù)下降起,iD減小,到uGS。
關(guān)斷時(shí)間toff—關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和。
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