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N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

 新用户25123383 2023-08-10 发布于江苏
N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

目录

介绍

一、MOSFET的构造

二、MOSFET的符号

三、N沟道MOSFET与P沟道MOSFET

四、N沟道MOSFET和P沟道MOSFET的区别

五、为何优先选择 N 沟道 MOSFET 而不是 P 沟道 MOSFET?

六、MOSFET的优点

七、MOSFET的缺点

八、MOSFET的应用

介绍

自 20 世纪 80 年代中期以来,MOSFET 一直是大多数开关模式电源 (SMPS) 中的首选晶体管技术。MOSFET 用作主开关晶体管,并在用作门控整流器时提高效率。本博客比较了P 沟道N 沟道 增强模式 MOSFET,以帮助您选择最适合您的电源应用的开关。

一、MOSFET的构造

MOSFET的结构与 FET 类似在连接栅极端子的基板上沉积氧化层。由于该氧化层充当绝缘体(与衬底绝缘),因此 MOSFET 也称为 IGFET。在 MOSFET 的制造过程中,轻掺杂衬底会扩散有重掺杂区域。 根据所使用的基板,它们被分为P 型N 型 MOSFET 。

下图显示了 MOSFET 的结构。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

MOSFET 的操作由栅极电压控制。由于栅极与沟道隔离,因此可以向其施加正电压和负电压。当栅极偏置电压为负时,它充当耗尽型MOSFET,当栅极偏置电压为正时,它充当增强型MOSFET。

二、MOSFET的符号

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET
N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

所有 MOSFET 上都有栅极 (G)、源极 (S) 和漏极 (D) 引脚。栅极和源极之间的电压 (Vgs) 决定电流是否流过源极和漏极。每种类型都有其打开或关闭 MOSFET 的逻辑。我将在接下来的两章中详细介绍它。

如果 MOSFET 完全导通且 Vgs 在 3 至 5 伏范围内,则它被归类为逻辑电平 MOSFET。如果您使用 5V Arduino 板,所有逻辑电平 MOSFET 都应该没问题。如果您使用 3.3V 板,请确保您使用的 MOSFET 与 3.3V 开关兼容。

MOSFET 通常需要 Vgs 为 10V 或更高才能完全导通。

三、N沟道 MOSFET与 P沟道MOSFET

N 沟道 MOSFET的源极 接地,漏极连接负载,当向栅极施加正电压时,FET 导通。N 沟道 MOSFET 是最常用且最容易使用的。它们的生产成本也较低,因此比p 沟道 MOSFET的价格更低,性能更高。

P 沟道 MOSFET中,源极连接到正电压,当栅极上的电压低于某个阈值 (Vgs 0) 时 FET 导通。这意味着,如果您想使用 P 沟道 MOSFET 切换高于 5V 的电压,则需要另一个晶体管(某种类型)来打开和关闭它。

P沟道MOSFET

P沟道区位于P沟道MOSFET的源极端子和漏极端子之间。它是一个四端子器件,具有以下端子:栅极、漏极、源极和主体。漏极和源极是p+区域,主体或衬底是n型。电流沿着带正电的空穴的方向流动。

当具有排斥力的负电压施加到栅极端子时,氧化层下方的电子被向下推入基板中。耗尽区充满了与施主原子相关的束缚正电荷。负栅极电压还将空穴从p+源极和漏极区域吸引到沟道区域中。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

耗尽模式 P 通道

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

P通道增强模式

工作原理

p 沟道耗尽型 MOSFET 在结构上与 n 沟道耗尽型 MOSFET 完全相反。在这种情况下,预构建沟道由夹在重掺杂p型源极和漏极区域之间的p型杂质制成。当我们向栅极端子施加正电压时,静电作用会吸引少数载流子,即来自p型区域的自由电子,从而形成静态负杂质离子。结果,在沟道中形成耗尽区,并且沟道的电导率降低。我们可以通过向栅极施加正电压来控制漏极电流。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

N沟道MOSFET

N 沟道 MOSFET的 N 沟道区域 位于源极端子和漏极端子之间。它是一个四端子器件,具有以下端子:栅极、漏极、源极和主体。这种类型的场效应晶体管的漏极和源极是重掺杂的n+区域,而衬底或本体是P型的。

此类 MOSFET 中的电流是由带负电的电子引起的。当具有排斥力的正电压施加到栅极端子时,氧化层下方的空穴被向下推入基板中。与受体原子相关的束缚负电荷填充耗尽区。

当电子到达通道时,通道就形成了。正电压还将电子从 n+ 源极和漏极区域吸引到沟道中。当在漏极和源极之间施加电压时,电流在它们之间自由流动,栅极电压控制沟道中的电子。如果我们施加负电压而不是正电压,则会在氧化层下方形成空穴沟道。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

增强模式N通道

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

N 沟道耗尽型和增强型的符号

工作原理

n沟道 MOSFET 的 工作原理是假设大多数载流子是电子。沟道中电子的运动负责晶体管中的电流流动。栅极端子的形成需要使用p衬底材料。

N 沟道特性

在n沟道增强模式下,在栅极和终端源极电压超过最小电压截止值之前,没有电流流过晶体管。当在漏极和终端源极处施加电压时,没有可见的电流流动。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

N沟道MOSFET的特性

四、N沟道MOSFET和P沟道MOSFET的区别

N 沟道和P 沟道 MOSFET 之间的主要区别在于,N 沟道通常连接到负载(正在供电的设备)的接地 (-) 侧,而 P 沟道连接到 VCC (+) 侧。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET
N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

为什么必须将一个与消极联系起来,而另一个与积极联系起来?

增强型(“常闭”) 当栅极上相对于源极有足够高的正电压(逻辑电平 MOSFET 通常为 3 至 5 伏)时,N 沟道 MOSFET就会导通。您可以使用 VCC (+) 将源连接到地 (-) 来激活它。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

如果将N 沟道 MOSFET连接 到负载的 VCC 侧,源值也将非常接近 VCC。要激活 MOSFET,必须向栅极施加大于 VCC 的电压。由于这种较高的电压并不总是容易获得,因此将电源接地更有意义。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

增强型(“常闭”)P 沟道 MOSFET类似于颠倒的 N 沟道 MOSFET。如果栅极相对于源具有足够高的负电压,则它会激活。您可以通过将源连接到 VCC (+) 和地 (-) 来激活它。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

将P 沟道 MOSFET连接 到负载的负侧与连接N 沟道 MOSFET具有相同的问题。只是这次源头离地面太近了。要激活门,必须施加负电压(相对于地)。

N 沟道 MOSFET 与 P 沟道 MOSFET

很简单:将 N 沟道 MOSFET 的源极引脚连接到电源的负输出,将 P 沟道 MOSFET 的源极引脚连接到电源的正输出。

五、为何优先选择 N 沟道 MOSFET 而不是 P 沟道 MOSFET?

您可以以可以使用其中任何一个的方式设计电路。如果您有一个以 5V 电压运行的 Arduino,并且您打开的设备也以 5V 电压运行,那也没关系。只要接线正确,您就可以使用 N 沟道或P 沟道 MOSFET

那么,为什么 N 沟道优于 P 沟道?

使用N 沟道 MOSFET,您可以在 12V 电源和 Arduino 之间创建公共接地。

使用 P 沟道 MOSFET 时,必须创建公共 VCC 而不是公共地。然而,连接的设备和模块之间具有公共接地是标准做法。

您可以使用与 N 沟道 MOSFET 切换相同的 12V 电源为 Arduino 供电。

圆筒连接器的负输入直接连接到 Arduino 接地。当使用 N 沟道 MOSFET 作为电源开关时,这不是问题。无论如何,理由都是相连的。由于 5V 电源输入必须上拉至电源的正输出,因此无法使用 P 沟道 MOSFET 将电源的负输出连接到 Arduino 地。您也可以通过连接接地来通过 Arduino 发送 12 伏电压。

N 沟道 MOSFET在效率方面优于 P 沟道 MOSFET。

这一切都归结为物理学。N 沟道 MOSFET 中的电荷载流子是电子流。空穴流的迁移率比电子流低,在P 沟道 MOSFET中用作电荷载流子。结果,它们的抵抗力更强,效率更低。负载较高时,P 沟道 MOSFET 将比 N 沟道 MOSFET 更热。

六、MOSFET 的优点

一些优点是:

  • 即使在低电压水平下运行,它也能提高效率。
  • 当没有栅极电流时,会产生更多的输入阻抗,从而提高器件的开关速度。
  • 这些设备可以在低功率水平下运行并且消耗很少的电流。

七、MOSFET 的缺点

一些缺点是:

  • 当这些器件在过压水平下运行时,器件会变得不稳定。
  • 由于器件具有薄的氧化层,静电荷可能会对器件造成损坏。

八、MOSFET 的应用

MOSFET的应用有

  • MOSFET 放大器广泛用于各种频率应用。
  • 这些器件为直流电机提供调节。
  • 由于开关速度提高,它们非常适合构建斩波放大器。
  • 用作各种电子元件的无源元件。

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