FET作为开关的工作原理

在本教程中,我们将学习场效应晶体管或场效应晶体管,其工作,工作区域,并将场效应晶体管的工作视为一个开关。我们将看到JFET和MOSFET如何在开关应用中使用。

简介

场效应晶体管(fet)具有输入阻抗高、制作简单、操作简单等优点,在集成电路系统中得到了广泛的应用。

fet是2nd在bjt之后产生晶体管。这些放大器可用于示波器、测试和测量仪器、电子电压表等,也可用于开关动作。

让我们详细地看看场效应晶体管作为开关的工作原理。但在此之前,我们必须先了解一下场效应晶体管的基本原理及其操作。

回到顶部

场效应晶体管及其操作区域

场效应晶体管是一种单极器件,其中电流仅由大多数载流子携带(要么由磁通,要么由电子)。场效应晶体管是一种电压控制装置,通过控制栅极和源极之间的电压,输出电流发生变化。

让我们考虑N通道JFET来了解操作区域。JFET的工作或特性分为三个不同的区域,即欧姆区、饱和区和截止区。加在漏极上的电压称为VDS(有时也被称为VDD)和栅极电压称为VGS或VGG

n沟道JFET电路
n沟道JFET
场效应晶体管的工作模式
场效应晶体管的工作模式

欧姆地区(VDS> 0和VDS< VP

在这一区域通道耗尽层非常小,场效应晶体管作为一个可变电阻。

在这里,VDS值大于零小于VP所以通道和电流I不会被截断D增加。当我们增加栅极源电压VGS,通道电导下降,电阻增大。因此,枯竭区将扩大,形成一个狭窄的通道。通道电阻一般从100欧姆变化到10K欧姆,显然控制着电压。因此,晶体管在这个区域起着压控电阻的作用。

饱和区域(VDS> VGS- - - - - - VP

这个区域从VDS大于VGS- VP,这里VP是夹紧电压。在这个区域,漏极电流为ID完全取决于VGS而不是V的函数DS.场效应晶体管在这个区域工作以放大信号以及开关操作。由图可知,当VGS为零时,最大电流ID流。当我们改变VGS更负的是,漏极电流在下降。在V的特定值GS漏极电流不断流过装置。因此,这个区域也被称为恒流区域。

截止区(VGS< VP

这是漏极电流I所在的区域D为零,设备处于关闭状态。其中栅源电压VGS小于掐灭电压VP.这意味着V的值GS比V更负P.因此,通道关闭,不允许任何电流通过设备。

回到顶部

FET作为开关(JFET)

由上述讨论可知,场效应晶体管可以作为开关在两个区域工作,即截止区和饱和区。当VGS为零时,FET工作在饱和区域,最大电流流过。因此,它就像一个完全打开的条件。类似地,当施加的VGS比压灭电压更负时,FET工作在截止区,不允许任何电流通过器件。因此,场效应晶体管处于完全关闭状态。场效应晶体管可以用作不同配置的开关,下面给出了其中一些配置。

回到顶部

FET用作分流开关

让我们看看下图,FET与负载平行连接,它就像一个模拟开关。

  • 当VGS为零时,场效应晶体管工作在饱和区域,其电阻非常小,接近100欧姆。FET两端的输出电压是V= V* {RDS/ (RD+ RDS(上))}。因为电阻RD时,输出电压近似为零。
  • 当我们在栅极处施加与截断电压相等的负电压时,场效应晶体管就工作在截断区域,充当高电阻器件,输出电压与输入电压相等。
FET作为并联开关电路
FET作为并联开关电路

回到顶部

FET用作串联开关

下图显示了FET开关电路的另一种配置。在这个电路中,场效应晶体管起着串联开关的作用。当控制电压为零时,它充当闭合开关;当控制电压为负时,它充当开路开关。当FET处于ON状态时,输入信号将出现在输出端,当FET处于OFF状态时,输出为零。

FET作为一种串联开关电路
FET作为一种串联开关电路

回到顶部

n通道JFET作为开关的例子

下图演示了n通道JFET如何切换LED。LED通过电阻连接在电源端子和源端子之间。这里使用电阻来限制通过LED的电流。晶体管的栅极端与负极电源相连。

  • 从上面的讨论,栅极端的零电压使电流流过LED,因为FET处于饱和模式。因此,LED变为ON。
  • 在栅极端有足够的负电压(大约3-4伏),JFET驱动进入截止模式,因此LED变成OFF。
n通道JFET到开关LED电路
n通道JFET到开关LED电路

回到顶部

P通道JFET作为开关

到目前为止,我们已经讨论了N通道JFET作为开关。另一种类型的JFET是P通道JFET,这种FET的操作也类似于n型,只是不同的是栅极端的正电压。

  • 当栅极源电压为零时,FET工作在饱和区域,因此FET被打开,从而导致电流从漏极流向源极。
  • 栅极和源极之间的正电压会切断通过场效应晶体管的电流。所以场效应晶体管处于开路状态。
P通道JFET作为开关电路
P通道JFET作为开关电路

回到顶部

p通道JFET作为开关的例子

与n通道JFET驱动LED类似,p通道JFET开关LED电路如下所示。这两种电路的区别在于栅极端子的电源。

  • 打开条件保持不变,在栅极终端的零电压导致LED发光,因为FET是有源的。
  • 为了将FET切换到截止,一个足够的正电压(在这种情况下大约3到4伏)阻止电流通过电路。因此LED处于关闭状态。我们还可以使用fet来转动继电器电路、电机驱动器和其他电子控制电路。
p通道JFET切换LED
p通道JFET切换LED

回到顶部

MOSFET作为开关

FET的另一种类型是MOSFET,它也是一种电压控制装置。V的水平GS漏极电流增加或开始流动的电压称为阈值电压VT.因此,如果我们增加VGS时,漏极电流也会增加。如果我们增加VGS保持V字DS常数,则漏极电流将达到饱和水平,如JFET的情况。

MOSFET工作在截止模式时VGS低于阈值水平。因此,在这种模式下没有漏极电流流动。因此起到开开关的作用

为了更好地理解,考虑下面的图,其中n通道增强型MOSFET在栅极端子按不同的电压进行开关。

  • 下图中,MOSFET栅极端子连接VDD,使栅极端施加的电压最大。这使得通道电阻变得非常小,并允许最大的漏极电流流动。这被称为饱和模式,在这种模式下,MOSFET作为闭合开关完全打开。对于p通道增强MOSFET,为了打开,栅极电位必须更负的源。
  • 在截止区域,VGS应用小于阈值电压水平,因此漏极电流为零。因此,MOSFET处于OFF模式,就像图中所示的开开关一样。
MOSFET作为一种开关电路
MOSFET作为一种开关电路

回到顶部

MOSFET作为开关的例子

让我们考虑如图所示驱动LED的MOSFET电路。这里用n通道增强MOSFET用一个简单的开关来开关LED。

  • 当开关处于打开状态时,使栅极上相对于地或电源的电压为零。所以MOSFET保持关闭,LED不会发光。
  • 当开关按下使其关闭时,适当的正电压(在这种情况下为5V)施加在栅极端子上。所以,MOSFET被打开,LED将开始发光。
  • 这里是一个简单的电阻负载,但在任何电感负载的情况下,像电机,继电器,我们必须使用自由放电二极管跨负载保护MOSFET对感应电压。
MOSFET开关LED
MOSFET开关LED

与JFET相比,大多数电路使用MOSFET作为开关,因为它提供了优势。我们也可以对jfet和mosfet使用开关电路(操作负载在特定的开关频率),以获得基于负载要求的PWM信号。

我们希望以上给出的全部信息可能会使您了解如何使用具有切换条件和必要数据的fet切换负载。您也可以在下面的评论部分给我们写信,寻求任何疑问或技术帮助。

回到顶部

以前-晶体管作为开关

下一个-达林顿晶体管

4的反应

  1. 这是我读过的关于fet工作原理的最好的解释!!感谢你发表了这篇关于事物如何工作的精彩解释!

留下一个回复

你的电邮地址不会被公布。必填字段被标记