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FET,它的工作,操作区域,亚博彩票下载并看到FET作为开关的工作。我们将看到JFET和MOSFET如何在开关应用中使用。

介绍

场效应晶体管具有输入阻抗高、制作简单、操作简单等优点,在集成电路系统中得到广泛应用。

fet是2nd在bts之后产生的晶体管。可作为示波器、测试和测量仪器、电子电压表等的放大器,也可用于开关动作。

让我们详细了解场效应晶体管作为开关的工作原理。但在那之前,我们首先要看看FET的基础和它的操作。

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场效应晶体管及其工作区域

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(或通过锄头或电子)传输。FET是一种电压控制装置,通过控制栅极和源极之间的电压,输出电流就会发生变化。

让我们考虑N通道JFET来理解操作区域。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。施加在漏极上的电压称为VDS(有时也被称为VDD),到栅极的电压称为VGS或VGG

n沟道JFET电路
n沟道JFET
FET的工作模式
FET的工作模式

欧姆地区(VDS> 0和VDS< VP

在这个区域中,通道耗尽层非常小,场效应管起到可变电阻的作用。

在这里,VDS值大于零且小于VP所以没有捏断通道和电流ID增加。当我们增加门源电压VGS时,通道电导下降,电阻增大。因此,损耗区会扩大,形成狭窄的通道。通道电阻一般在100 ~ 10K ω之间变化,对电压有明显的控制作用。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V点开始DS大于VGS- VP,这里VP为掐断电压。在这个区域,漏极电流ID完全取决于VGS而不是V的函数DS.FET在这个区域工作以放大信号以及开关操作。从图中可以看出,当VGS为零时,最大电流ID流。当我们改变VGS越负,漏极电流就越低。在V的特定值处GS漏极电流不断地流过该装置。因此,该区域也称为恒流区。

截止区(VGS< VP

这是漏极电流I所在的区域D为零,设备关闭。在这里门源电压VGS小于掐断电压VP.这表示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。

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FET作为开关(JFET)

从上面的讨论可以清楚地看出,FET可以作为一个开关,通过在两个区域操作它,它们是截止区和饱和区。当VGS为零时,场效应管工作在饱和区域,最大电流流过它。因此,它就像一个完全打开的条件。同样,当施加的VGS比掐断电压更负时,FET工作在截止区,不允许任何电流流过器件。因此场效应晶体管处于完全关闭状态。FET可以在不同的配置中用作开关,下面给出了其中一些配置。

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场效应晶体管用作并联开关

让我们看看下面的图,其中FET与负载并联,它的作用就像一个模拟开关。

  • 当应用的VGS为零时,FET通过在饱和区域工作而开启,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。
  • 当我们施加等于栅极掐断电压的负电压时,FET工作在截止区,作为一个高阻器件,输出电压等于输入电压。
FET并联开关电路
FET并联开关电路

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FET用作串联开关

下图是FET开关电路的另一种结构。在这个电路中,场效应管起串联开关的作用。当控制电压为零时,它充当闭合开关;当控制电压为负时,它充当断开开关。当FET打开时,输出端出现输入信号,当FET关闭时,输出端为零。

FET作为串联开关电路
FET作为串联开关电路

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n通道JFET作为开关的例子

下图演示了如何使用n通道JFET来切换LED。LED通过电阻器连接在电源端和电源端。这里使用电阻来限制通过LED的电流。与负极电源相连的晶体管的栅端。

  • 从上面的讨论可以看出,由于FET处于饱和模式,栅端上的零电压会使电流流过LED。因此,LED变成ON。
  • 在栅极端子上有足够的负电压(约3-4伏),JFET驱动进入截止模式,因此LED变为关断。亚博彩票下载
n通道JFET开关LED电路
n通道JFET开关LED电路

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作为开关的P通道JFET

到目前为止,我们已经讨论了作为开关的N通道JFET。亚博彩票下载另一种类型的JFET是P通道JFET,这种FET的操作也类似于n型,但只是在栅极终端的正电压不同。

  • 当栅极源电压为零时,场效应管工作在饱和区域,因此场效应管被打开,从而导致电流从漏极流向源极。
  • 栅极和源之间的正电压导致通过FET的电流被切断。所以场效应管处于开路状态。
作为开关电路的P通道JFET
作为开关电路的P通道JFET

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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电路如下图所示。这两种电路的不同之处在于门端电源。

  • 打开条件保持相同的两个电路,在门端零电压导致LED发光,因为FET是有源的。
  • 为了将FET切换到截止状态,一个足够的正电压(在这种情况下大约3到4伏)会阻止流过电路的电流。亚博彩票下载因此LED是关闭的。我们也可以使用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开关LED
p通道JFET开关LED

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MOSFET作为开关

另一种类型的场效应管是场效应管,它也是一种电压控制器件。V级GS漏极电流增加或开始流动时的电压称为阈值电压VT.因此,如果我们增加VGS,漏极电流也增加。如果我们增加VGS通过保持VDS常数,则漏极电流将达到饱和水平,就像JFET的情况。

MOSFET工作在截止模式时,VGS低于阈值。因此,在这种模式下没有漏极电流流动。因此充当开路开关

为了更好地理解,请考虑下面的图,其中n沟道增强型MOSFET在栅极终端的不同电压下被切换。

  • 下图中,MOSFET栅端连接到VDD,使施加在门端上的电压最大。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作为一个闭合开关完全打开。对于p沟道增强的MOSFET,为了开启,门极电位必须比源极电位更负。
  • 在截止区域中,VGS施加的小于阈值电压水平,因此漏极电流为零。因此,MOSFET处于OFF模式,正如图中所示的打开开关。
MOSFET作为开关电路
MOSFET作为开关电路

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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n沟道增强MOSFET被用来用一个简单的开关开关LED。

  • 当开关处于开启状态时,使栅极相对于地或源的电压为零。因此,MOSFET仍然关闭,LED将不会发光。
  • 当开关被按下使其关闭时,适当的正电压(本例中为5V)被施加在门端。因此,MOSFET打开,LED将开始发光。
  • 这里它是一个简单的电阻负载,但在任何情况下的感应负载,如电机,继电器我们必须使用自由旋转二极管跨越负载,以保护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,因为它提供的优势。我们也可以使用jfet和mosfet的开关电路(在特定的开关频率上操作负载)来获得基于负载要求的PWM信号。

我们希望给出的这些总体信息可能已经使您能够理解我们如何使用fet与开关条件和必要的数字切换负载。你也可以在下面的评论部分给我们写信,询问关于这个概念的任何疑问或技术帮助。

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