场效应管(Field Effect Transistor, FET)是一种半导体器件,与双极性晶体管(BJT)相比,具有输入阻抗高、噪声小等优点。由于场效应管的控制电路是电势,而不是电流,因此也称为电压控制晶体管(Voltage Controlled Transistor, VCT)。
场效应管有三种,分别是MOSFET、JFET和IGBT。其中,MOSFET用途最广泛,包括功率放大、开关、逆变等方面。这里我们主要以MOSFET场效应管为例,阐述它是什么电压控制什么电流。
MOSFET场效应管的一个重要特点是电场控制。在MOSFET的结构中,有一个由P型材料构成的基底。在此基底上生长一层氧化物,上面再生长一层N型材料,就形成了MOSFET的基本结构。当接通MOSFET管的栅极时,栅极上的电场会影响氧化层下面的N型材料中电子的浓度,并将N型材料中形成一个“沟道”,这个沟道的电导率由栅极上的电压决定。而这个沟道控制了MOSFET的导通状态,进而决定了MOSFET的输出电流。
因此,我们可以说,在MOSFET场效应管中,电场控制了沟道中电子的浓度,进而控制了MOSFET的电流。
在MOSFET管的输出特性中,漏极电流是一个非常重要的参数。漏极电流指的是在给定的栅极电压下,MOSFET管的漏极端与源极端之间的电流。从公式上来看,漏极电流与栅极电压呈指数函数关系,即:
I_D = K(V_{GS} - V_{th})^2
其中,I_D是漏极电流,K是MOSFET管的特定参数,V_{GS}是栅极电压,V_{th}是MOSFET管的阈值电压。
从公式中可以看出,在MOSFET场效应管中,漏极电流是由栅极电压控制的,电流的大小取决于栅极电压与阈值电压之间的差值,并呈指数函数关系。
在MOSFET场效应管中,由于其高输入电阻和低噪声系数,使得它在放大器中有着广泛的应用。其中,源极接地的共源放大器是MOSFET应用的基本电路。在共源电路中,输入信号加在栅极上,输出取自漏极与源极之间,栅极和漏极之间称为跨导,并且跨导与漏极电流之间成线性关系,所以放大器的电流放大系数由栅极电压定义。
由此可见,MOSFET场效应管不仅可以用电压控制电流,而且能够利用电压控制电流来进行放大,这一特点使得MOSFET在放大器应用中有着独特的优势。