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电子学
电容和电感电路 - 滤波器和信号调谐 - 有源电路元件 - 逻辑门 - 计数电路

有源电路元件,二极管,LED 和场效应晶体管,运算放大器

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二极管

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二极管的作用类似于电子版单向阀。通过限制电荷载流子的运动方向,它允许电流在一个方向上流动,但在相反方向上阻止电流流动。它是电流的单行道。

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二极管的行为类似于一种称为单向阀的液压装置。单向阀只允许流体在一个方向上通过它。

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单向阀本质上是压力控制装置:如果它们之间的压力具有正确的“极性”以打开阀门(在所示的类比中,右侧的流体压力大于左侧),则它们会打开并允许流动。如果压力具有相反的“极性”,则单向阀上的压力差将关闭并保持阀门,从而不会发生流动。

与单向阀类似,二极管本质上是“压力”(电压)控制装置。正向偏置和反向偏置之间的本质区别是跨越二极管的电压极性。让我们仔细看看之前显示的简单电池-二极管-灯电路,这次研究各种元件上的电压降。

diodeexplanation.png

当二极管正向偏置并导通电流时,它会产生一个小电压降,使电池的大部分电压降在灯上。当电池的极性反转并且二极管反向偏置时,它会降低电池的所有电压,并且灯上没有电压。如果我们认为二极管是一种自动作动开关(在正向偏置模式下闭合,在反向偏置模式下打开),这种行为是有道理的。这里最显著的差异是二极管在导通时的电压降远大于普通机械开关(0.7 伏特对数十毫伏特)。

二极管表现出的这种正向偏置电压降是由于在施加电压的影响下,PN 结形成的耗尽区域的作用。当没有电压施加在半导体二极管上时,在 PN 结区域周围存在一个薄的耗尽区域,阻止电流通过它。耗尽区域在很大程度上没有可用的电荷载流子,因此充当绝缘体。

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发光二极管 (LED) 是一种半导体器件,当电流以正确的方向通过它时会发出光。如果施加电压以迫使电流在 LED 允许的方向上流动,它将亮起。

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这种从器件指向外的两个小箭头的符号在所有发光半导体器件的原理图符号中很常见。相反,如果器件是光激活的(意味着入射光刺激它),则符号将有两个小箭头指向它。有趣的是,需要注意的是,LED 能够充当光敏器件:它们在暴露在光线下时会产生一个小的电压,类似于小型太阳能电池。这种特性可以有效地应用于各种光敏电路。

颜色取决于用于制造 LED 的半导体材料,并且可以位于电磁频谱的近紫外、可见光或红外部分。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的尼克·霍洛尼亚克 (Nick Holonyak Jr.) (1928 ) 于 1962 年开发了第一个实用的可见光谱 LED。

物理功能

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由于 LED 由与普通整流二极管不同的化学物质制成,因此它们的正向压降不同。通常,LED 的正向压降远大于整流二极管,范围从约 1.6 伏特到超过 3 伏特,具体取决于颜色。标准尺寸 LED 的典型工作电流约为 20 mA。当从大于 LED 正向压降的直流电压源为 LED 供电时,必须包含串联的“降压”电阻,以防止电源电压全部加到 LED 上而损坏 LED。考虑此示例电路。

ledusage1.png

由于 LED 产生 1.6 伏特的压降,电阻上将产生 4.4 伏特的压降。根据欧姆定律(R = E/I),为 LED 电流为 20 mA 的电阻定尺寸只需取其电压降(4.4 伏特)并除以电路电流(20 mA)。这给了我们 220 Ω 的数字。计算该电阻的功耗,我们取其电压降并乘以其电流 (P=IE),最后得到 88 mW,远低于 1/8 瓦电阻的额定值。更高的电池电压将需要更大值的降压电阻,并且可能还需要更高功率额定值的电阻。考虑此示例,电源电压为 24 伏特。

ledusage2.png

在这里,降压电阻必须增加到 1.12 kΩ 的尺寸,以便在 20 mA 下降 22.4 伏特,这样 LED 仍然只接收 1.6 伏特。这也使得电阻功耗更高:448 mW,几乎是半瓦的功耗!显然,如果在这里使用额定值为 1/8 瓦功耗或 1/4 瓦功耗的电阻,它将过热。

降压电阻值对于 LED 电路不必精确。假设我们将在上面的电路中使用 1 kΩ 电阻而不是 1.12 kΩ 电阻。结果将是稍微更大的电路电流和 LED 压降,导致 LED 发出更亮的光,并且使用寿命略短。降压电阻的阻值过大(例如,1.5 kΩ 而不是 1.12 kΩ)将导致电路电流减小,LED 压降减小,光线更暗。LED 对施加功率的变化非常耐受,因此您不必努力为降压电阻定尺寸。

同样由于它们的独特化学成分,LED 的峰值反向电压 (PIV) 额定值远低于普通整流二极管。典型的 LED 在反向偏置模式下的额定值可能只有 5 伏特。因此,当使用交流电为 LED 供电时,您应该在 LED 上串联连接一个保护整流二极管,以防止在每个交替的半周期内发生反向击穿。

ledusage3.png

光发射

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发出的光的波长,因此它的颜色,取决于形成 pn 结的材料。普通二极管,通常由硅或锗制成,会发出不可见的远红外光(所以看不见),但用于 LED 的材料会发出对应于近红外、可见光或近紫外频率的光。

使用注意事项

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与白炽灯泡不同,白炽灯泡可以使用交流电或直流电,而 LED 需要正确极性的直流电供应。当 pn 结两端的电压处于正确方向时,会流过大量的电流,此时器件被称为正向偏置。在这种情况下,LED 两端的电压对于给定的 LED 是固定的,并且与发射光子的能量成正比。如果电压极性错误,则器件被称为反向偏置,几乎没有电流流过,也不会发射光。

由于 LED 的电压电流特性与任何二极管非常相似,因此将它们连接到远高于其导通电压的电压源可能会损坏它们。

正向偏置 LED 两端的压降随着发射光量增加而增加,因为光功率正在辐射。一个后果是,相同类型的 LED 可以很容易地并联运行。LED 的导通电压是颜色的函数,更高的正向压降与发射更高能量(更蓝)的光子相关联。大多数 LED 在不损坏的情况下能够承受的反向电压通常只有几伏。有些 LED 单元包含两个二极管,每个方向一个,每个二极管颜色不同(通常是红色和绿色),允许双色操作或通过改变电压在每个极性下的时间百分比来创建一系列颜色。

LED 材料

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LED 的发展始于用砷化镓制成的红外和红色器件。材料科学的进步使生产具有更短波长的器件成为可能,从而产生各种颜色的光。

传统 LED 由各种无机矿物质制成,产生以下颜色

  • 铝镓砷 (AlGaAs):红色和红外
  • 砷化镓磷 (GaAsP):红色、橙红色、橙色和黄色
  • 氮化镓 (GaN):绿色、纯绿色(或祖母绿绿色)和蓝色
  • 磷化镓 (GaP):红色、黄色和绿色
  • 硒化锌 (ZnSe):蓝色
  • 铟镓氮 (InGaN):蓝绿色和蓝色
  • 碳化硅 (SiC):蓝色
  • 金刚石 (C):紫外线
  • (Si) - 开发中

给自己的一点提醒:以上列表来自公开来源,但至少有一种被列为蓝色的 LED 并不产生蓝光。(很有可能几乎没有,因为蓝色的频率更高。)这在日常生活中是一个常见的问题,因为大多数人类对颜色理论一无所知,并且将蓝色与浅蓝色与青色混淆,后者通常被称为“天空蓝”。青色 LED 可以通过添加黄色荧光粉到输出中来区分蓝色 LED,因为青色 LED 会产生绿色而不是白光。而且,通常将青绿色称为蓝色,而实际上后者是青色,而浅青绿色应该是青绿色。更令人困惑的是,青色 LED 被包裹在蓝色塑料中。在对颜色混合的这些直观的迷思进行大量工作以消除它们之前,才能对物理现象及其生产进行准确的描述。 - 这需要整理出来

蓝色和白色 LED 及其他颜色

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商业上可行的基于蓝色 LED 的发明是中村修二在 1993 年于日本日亚化学工业株式会社工作时发明的,并在 1990 年代后期广泛上市。它们可以添加到现有的红色和绿色 LED 中以产生白光。

如今,大多数生产中的“白色” LED 使用 450 nm 和 470 nm 蓝色 GaN(氮化镓)LED,这些 LED 被黄色荧光粉涂层覆盖,通常由掺铈钇铝石榴石 (YAG:Ce) 晶体制成,这些晶体已被粉碎并结合在一种粘性粘合剂中。LED 芯片发射蓝光,其中一部分被 YAG:Ce 转换为黄色。YAG:Ce 的单晶形式实际上被认为是一种闪烁体,而不是一种荧光粉。由于黄光会刺激眼睛的红色和绿色感受器,因此蓝光和黄光的混合会给人以白色的感觉。

生产白光 LED 的最新方法完全不使用荧光粉,它是基于在 ZnSe 基底上外延生长硒化锌 (ZnSe),它同时从其活性区发射蓝光,从基底发射黄光。

其他颜色

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最近的颜色发展包括粉色和紫色。它们包括在蓝色 LED 芯片上的一层或两层荧光粉。粉色 LED 的第一层荧光粉是发出黄光的,第二层荧光粉是发出红色或橙色光的。紫色 LED 是蓝色 LED,芯片上覆盖着发出橙色光的荧光粉。有些粉色 LED 遇到了问题。例如,有些是涂有荧光漆或指甲油的蓝色 LED,这些涂层可能会磨损,还有一些是白色 LED,带有粉红色的荧光粉或染料,不幸的是,这些荧光粉或染料会在很短的时间内褪色。

与更常见的红色、橙色、绿色、黄色和红外线相比,紫外线、蓝色、纯绿色、白色、粉色和紫色 LED 相对昂贵,因此在商业应用中使用较少。

半导体芯片被封装在一个坚固的塑料透镜中,这比传统灯泡或灯管的玻璃外壳要坚固得多。塑料可以是彩色的,但这只是为了美观,不会影响发射光的颜色。

运行参数和效率

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大多数典型的 LED 被设计为以不超过 30-60 毫瓦的电功率运行。预计到 2005 年,将推出 10 瓦的设备。这些设备将产生与普通 50 瓦白炽灯泡一样多的光,并将促进 LED 用于一般照明需求的使用。

2003 年 9 月,公司 Cree, Inc. 展示了一种新型蓝色 LED,在 20 mA 时效率为 35%。这生产出商业包装的白光,在 20 mA 时每瓦 65 流明,成为当时市面上最亮的白光 LED。

有机发光二极管 (OLED)

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如果 LED 的发光层材料是有机化合物,则被称为有机发光二极管 (OLED)。为了作为半导体发挥作用,有机发光材料必须具有共轭π键。发光材料可以是小有机分子处于晶态,也可以是聚合物。聚合物材料可以是柔性的,因此此类 LED 被称为 PLED 或 FLED。

与普通 LED 相比,OLED 更加轻巧,聚合物 LED 还有额外的优势,即具有柔韧性。OLED 的一些可能的未来应用可能是

  • 光源
  • 墙壁装饰
  • 发光布料
  • 电脑屏幕
  • 电视

LED 应用

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以下是 LED 已知应用的列表,其中一些在以下文本中作了进一步说明

  • 一般来说,通常用作各种嵌入式系统(其中许多将在下面列出)中的信息指示器
  • 薄而轻巧的文字显示器,例如在公共信息标志(在机场和火车站等地)中
  • 状态指示器,例如专业仪器和消费者音视频设备上的开/关灯
  • 红外 LED 在遥控器中(用于电视、录像机等)
  • 交通信号灯中的灯簇,取代了彩色玻璃后面的普通灯泡
  • 汽车指示灯和自行车照明,还有行人,以便被汽车交通看到
  • 计算器和测量仪器显示器(七段显示器),尽管现在大多被 LCD 取代
  • 在需要保持夜视能力的环境中,使用红色或黄色 LED 用于指示器和 [alpha]数字显示器:飞机驾驶舱、潜艇和船舶驾驶台、天文台,以及在野外,例如夜间动物观察和军事野外使用
  • 红色或黄色 LED 也用于摄影暗室,提供不会导致胶片曝光的照明
  • 照明,例如手电筒(也称为手电筒,英国),以及 LCD 屏幕的背光
  • 信号/紧急信标和闪光灯
  • 运动传感器,例如在机械和光学计算机鼠标和轨迹球中
  • 在 LED 打印机中,例如高端彩色打印机

LED 在维护和安全方面具有优势。

  • 包括灯泡在内的设备的典型工作寿命为十年,远超大多数其他光源的寿命。
  • LED 随着时间的推移会逐渐变暗,而不是像白炽灯那样突然烧坏。
  • LED 发出的热量比白炽灯少,也比荧光灯更坚固。
  • 由于单个器件的长度小于一厘米,因此用于照明和户外信号的基于 LED 的光源都是由数十个器件组成的集群构建的。

由于 LED 光是单色的,因此在需要特定颜色的情况下,与白光相比,LED 光具有巨大的功率优势。与白光不同,LED 不需要吸收大部分发射白光的滤光片。虽然有彩色荧光灯,但并不常见。LED 灯天生就是彩色的,而且有各种各样的颜色。最近推出的颜色之一是祖母绿绿(蓝绿色,约 500 纳米),它符合交通信号灯和航行灯的法律要求。

世界上最大的 LED 显示屏高 36 米(118 英尺),位于美国纽约时代广场。

有些应用专门需要不包含任何蓝色成分的光。例如,摄影暗室安全灯、使用某些光敏化学物质的实验室照明以及必须保持暗适应(夜视)的情况,如驾驶舱和桥梁照明、天文台等。黄色 LED 灯是满足这些特殊要求的理想选择,因为人眼对黄色光更敏感。

晶体管

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晶体管是一种固态半导体器件,用于放大和开关,它有三个端子。晶体管本身并不会放大电流,这是一个常见的误解,但施加到一个端子上的微小电流或电压会控制流过另外两个端子的电流,因此被称为电压或电流控制电阻。它是所有现代电子产品的关键组件。在数字电路中,晶体管用作速度非常快的电子开关,晶体管的排列可以实现逻辑门、RAM 型内存和其他设备。在模拟电路中,晶体管主要用作放大器。

晶体管在 60 年代也是晶体管收音机的常用名称,这是一种袖珍便携式收音机,它使用晶体管(而不是真空管)作为其有源电子元件。这仍然是晶体管的词典定义之一。

bothtranistortypes.png

PNP 晶体管和 NPN 晶体管之间唯一的区别在于操作时结的正确偏置(极性)。对于任何给定的工作状态,每种类型晶体管的电流方向和电压极性完全相反。

双极型晶体管作为电流控制电流调节器工作。换句话说,它们根据较小的控制电流来限制通过它们的电流。控制的主电流从集电极流向发射极,或者从发射极流向集电极,这取决于晶体管的类型(分别是 PNP 或 NPN)。控制主电流的微小电流从基极流向发射极,或者从发射极流向基极,同样取决于晶体管的类型(分别是 PNP 或 NPN)。根据半导体符号令人困惑的标准,箭头始终指向与电子流方向相反的方向。

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双极型晶体管被称为双极型,因为它们内部的主要电子流发生在两种类型的半导体材料中:P 型和 N 型,因为主电流从发射极流向集电极(或反之亦然)。换句话说,两种类型的电荷载体——电子和空穴——构成了通过晶体管的这种主电流。

如您所见,控制电流和受控电流始终通过发射极线网格在一起,它们的电子始终与晶体管箭头的方向相反流动。这是使用晶体管的首要规则:所有电流必须以适当的方向流动,才能使器件作为电流调节器工作。微小的控制电流通常简称为基极电流,因为它是在晶体管基极线上流动的唯一电流。相反,较大的受控电流称为集电极电流,因为它是在集电极线上流动的唯一电流。发射极电流是基极电流和集电极电流的总和,符合基尔霍夫电流定律。

如果晶体管基极没有电流通过,它就会像一个断开的开关一样关闭,并阻止电流通过集电极。如果有基极电流,则晶体管就会像闭合的开关一样打开,并允许与基极电流成比例的电流通过集电极。集电极电流主要受基极电流限制,与用于推动它的电压量无关。下一节将更详细地探讨双极型晶体管作为开关元件的使用。

重要性

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晶体管被许多人认为是现代历史上最伟大的发现或发明之一,与银行和印刷术并驾齐驱。晶体管在现代社会中重要的关键在于它可以用简单的技术大量生产,从而导致价格极低。计算机“芯片”包含数百万个晶体管,售价为兰特,每个晶体管的成本为千分之一美分。

低成本意味着晶体管已成为非机械任务的通用工具。而一个常见的设备,比如冰箱,会使用机械装置进行控制,今天,使用几百万个晶体管和适当的计算机程序通过“蛮力”来完成相同的任务通常更便宜。如今,晶体管几乎取代了所有机电设备、大多数简单的反馈系统,并大量出现在从计算机到汽车的方方面面。

与低成本相伴而来的还有越来越多的“数字化”所有信息。随着晶体管计算机能够快速查找(和排序)数字信息,人们在将所有信息数字化方面付出了越来越多的努力。如今,现代社会中几乎所有媒体都以数字形式传递,由计算机进行转换和呈现。常见的“模拟”形式的信息,如电视或报纸,大部分时间以数字信息的形式存在,只在很短的时间内转换为模拟形式。

晶体管作为开关

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因为晶体管的集电极电流与其基极电流成正比,所以它可以用作一种电流控制开关。通过晶体管基极的相对较小的电子流能够控制通过集电极的更大电子流。假设我们有一个灯泡,我们想通过开关来打开和关闭它。这样的电路将非常简单

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为了便于说明,让我们在开关的位置插入一个晶体管,以显示它如何控制通过灯泡的电子流。请记住,通过晶体管的受控电流必须在集电极和发射极之间流动。由于我们要控制的是通过灯泡的电流,所以我们必须将晶体管的集电极和发射极放置在开关的两个触点现在所在的位置。我们还必须确保灯泡的电流与发射极箭头符号的方向相反移动,以确保晶体管的结偏置是正确的。

tasswitchnpn.png

在本例中,我恰好选择了一个 NPN 晶体管。也可以选择一个 PNP 晶体管来完成这项工作,它的应用看起来像这样。

tasswitchpnp.png

选择 NPN 和 PNP 实际上是任意的。重要的是要保持正确的电流方向,以便结偏置正确(电子流与晶体管符号箭头的方向相反)。

回到我们示例电路中的 NPN 晶体管,我们必须添加更多东西才能有基极电流。如果没有连接到晶体管的基极线,基极电流将为零,晶体管无法打开,导致灯泡始终关闭。请记住,对于 NPN 晶体管,基极电流必须由从发射极流向基极的电子组成(与发射极箭头符号相反,就像灯泡电流一样)。也许最简单的方法是在晶体管的基极线和集电极线之间连接一个开关,如下所示。

tasswitch1.png

如果开关打开,晶体管的基极线将处于“浮动”状态(未连接到任何东西),并且不会有电流通过。在这种状态下,晶体管被称为截止。但是,如果开关闭合,电子将能够从发射极流向晶体管的基极,然后通过开关流向上面的灯泡左侧,再回到电池的正极。这种基极电流将使从发射极流向集电极的更大电子流成为可能,从而点亮灯泡。在这种电路电流最大化的状态下,晶体管被称为饱和。

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当然,用晶体管来控制灯泡似乎毫无意义。毕竟,我们仍然在电路中使用开关,不是吗?如果我们仍然使用开关来控制灯泡——即使只是间接地——那么拥有一个晶体管来控制电流有什么意义呢?为什么不回到我们最初的电路,直接使用开关来控制灯泡电流呢?

实际上,这里有两个要点需要说明。首先,当以这种方式使用时,开关触点只需要处理少量基极电流,以使晶体管导通,而晶体管本身处理灯泡的大部分电流。如果开关的电流额定值较低,这可能是一个重要的优势:可以使用一个小开关来控制一个相对高电流的负载。然而,也许更重要的是,晶体管的电流控制特性使我们能够使用完全不同的东西来打开或关闭灯泡。考虑以下示例,其中太阳能电池用于控制晶体管,而晶体管又控制灯泡。

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或者,我们可以使用热电偶来提供使晶体管导通所需的基极电流。

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即使是具有足够电压和电流输出的麦克风也可以用于使晶体管导通,前提是其输出从交流电整流为直流电,这样晶体管内的发射极-基极 PN 结将始终处于正向偏置状态。

tasswitchmicrophone.png

此时,要点应该很明显了:任何足够的直流电流源都可以用来使晶体管导通,而该电流源只需要是使灯泡通电所需电流的一小部分。在这里,我们看到晶体管不仅充当开关,而且还充当真正的放大器:使用一个相对低功率的信号来控制一个相对大量的功率。请注意,为灯泡供电的实际功率来自示意图右侧的电池。并不是说来自太阳能电池、热电偶或麦克风的微弱信号电流神奇地转化为更大的功率。相反,这些微小的电源只是控制电池的功率来点亮灯泡。

场效应晶体管 (FET)

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注意:示意图可以在维基百科上以 GFDL 许可获得

P 型和 N 型 MOSFET 的示意图符号。右侧的符号包含一个额外的晶体管体端子(允许很少使用的通道偏置),而左侧的符号隐式地将体端子连接到源极。

最常见的场效应晶体管类型,增强型 MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)由单极导电通道和金属栅极组成,栅极通过薄层(SiO2)玻璃与主导电通道隔开。这就是 FET 的另一个名称是“单极晶体管”的原因。当在栅极和源极之间施加电势差(具有适当的极性)时,载流子被引入通道,使其导电。该电流的大小可以通过改变栅极电势来调节,或者(几乎)完全关闭。

由于栅极是绝缘的,因此没有直流电流流向或流出栅极电极。这种没有栅极电流和 MOSFET 能够像开关一样工作的特性,使得能够创建特别高效的数字电路,在低频时功耗非常低。功耗随频率显著增加,因为 FET 控制端子的电容负载需要更多的能量才能在更高频率下摆动,与频率成正比。因此,MOSFET 已成为计算机硬件(如微处理器)和存储设备(如 RAM)中使用的主要技术。双极晶体管更坚固,因此更适用于低阻抗负载和感性负载(例如电机)。

功率 MOSFET 随着温度升高而导电性降低,因此可以应用于分流,以增加电流容量,这与双极晶体管不同,双极晶体管的电阻温度系数为负,因此容易发生热失控。缺点是,虽然功率 FET 可以通过减少流过它的电流来保护自身免受过热,但需要使用比等效双极器件更大的散热器来避免高温。宏观的 FET 功率晶体管实际上由许多小的晶体管组成。它们被堆叠(在芯片上)以增加击穿电压,并并联以降低 Ron,即允许更大的电流,将栅极总线化以提供单个控制(栅极)端子。

耗尽型 FET 有一些不同。它使用反向偏置的二极管作为控制端子,在正常运行时对驱动电路呈现电容负载。当栅极与源极连接在一起时,DFET 处于完全导通状态。改变 DFET 的电势(例如,将 N 通道栅极拉低)将使其关闭,即“耗尽”通道(漏极-源极)中的载流子。MOSFET(以前称为 IGFET(绝缘栅极场效应晶体管))可以是耗尽型、增强型或混合型,但在现代商业实践中几乎总是增强型。这意味着,当源极和栅极连接在一起(因此等电位)时,通道将关闭(高阻抗或不导电)。N 通道器件(P 通道反向),如 DFET,通过提高栅极电势来打开。通常,MOSFET 上的栅极将承受相对于源极端子 +-20V 的电压。如果在没有将电流限制在几毫安的情况下提高 N 通道器件的栅极电势,则会像任何其他小型二极管一样损坏栅极二极管。为什么我们通常将 N 通道器件视为默认值?在硅器件中,使用电子而不是空穴作为多数载流子的器件速度稍快,并且可以承载比 P 型器件更大的电流。GaAs 器件也是如此。

FET 的概念比双极晶体管更简单,并且可以用各种材料制造。

如今,MOSFET 晶体管最常见的用途是 CMOS(互补金属氧化物半导体)集成电路,它是大多数数字电子设备的基础。它们使用一个 totem-pole 结构,其中一个晶体管(要么是上拉,要么是下拉)处于导通状态,而另一个处于关闭状态。因此,除了从一种状态过渡到另一种状态的短暂时间外,没有直流漏电流。如前所述,栅极是电容性的,每次晶体管转换状态时栅极的充放电是造成功耗的主要原因。

CMOS 中的 C 代表“互补”。上拉是 P 通道器件(使用空穴作为移动电荷载流子),下拉是 N 通道(电子载流子)。这允许控制端子总线化,但将电路的速度限制为较慢的 P 器件的速度(在硅器件中)。双极推挽解决方案包括使用电流源作为负载的“共射”。同时利用单极和双极晶体管的电路称为 Bi-Fet。最近的开发称为“垂直 P”。以前,BiFet 芯片用户不得不使用性能相对较差的(水平)P 型 FET 器件。这种情况不再存在,并且可以实现更安静、更快的模拟电路。

FET 的一个巧妙变体是双栅极器件。这允许两次关闭器件的机会,而双基极(双极)晶体管则提供了两次打开器件的机会。

FET 可以切换任何极性的信号,前提是它们的幅度明显小于栅极摆幅,因为器件(尤其是无寄生二极管的 DFET)基本上是对称的。这意味着 FET 最适合模拟多路复用。利用这个概念,例如,可以构建一个固态调音台。

功率 MOSFET 具有一个通常与导电通道并联的“寄生二极管”(反向偏置),其电流容量为导电通道电流容量的一半。有时这在驱动双线圈磁路(用于尖峰保护)时很有用,但在其他情况下会导致问题。

FET 栅极的高阻抗使其容易受到静电损坏,但这通常在器件安装后不会成为问题。

最近用于功率控制的器件是绝缘栅双极晶体管或 IGBT。它具有类似于 MOSFET 的控制结构,以及类似于双极的主导电通道。这些器件已变得非常流行。

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