形象圖示MOS管與三極管的原理與特點

MOS管和三極管是電子電路的基礎,也是集成電路的基礎。為了更容易理解它們的工作原理,這裡用形象圖示一下它們的原理和特點。


一、MOS管

MOS管是電壓控制型器件,柵極(G)的電壓控制源極(S)和漏極(D)之間的電流。下面以NMOS為例圖示如下。

形象圖示MOS管與三極管的原理與特點

NMOS管的原理圖示

它們好像是一個受外界磁力控制的開關,當外面有紅色磁體時,好像柵極(G)加壓,內部的黃色閥門就開啟,綠色的電子好像水流一樣就會從源極(S)流到漏極(D)。

剛開始水流隨著閥門的開啟增大而增大,這就是線性工作區。當閥門開到一定程度,水流不會再增大了,因為管子滿了。這就是飽和區工作狀態。


二、三極管

三極管是電流控制型器件,基極(B)的電流控制發射極(E)和集電極(C)之間的電流。下面以NPN管為例圖示如下。

形象圖示MOS管與三極管的原理與特點

NPN管的原理圖示

三極管好像是一個為了取小水而漏掉大水的例子。如上圖所示,當不取水時,閥門關閉了大小管道,都沒有電流。當通過小管道開啟閥門取一點水的時候,水就會漫過閥門空隙流到大管道另外一端。當閥門開的越大,漏掉的水就越多,好像小水流可以控制大漏水一樣,這就是線性工作區。如果閥門開大到一定程度,管子滿了,那麼再開大閥門也不會增加水流了,這就是飽和工作區。

MOS管和三極管的特點有點相似:它們都可以做開關(飽和區),也都可以做放大器(線性區)使用。但是MOS管由於柵極與源漏之間是隔開的,沒有像三極管那樣直接聯通,所以使用起來,各電極之間信號更乾淨更容易控制。所以MOS管已經是集成電路的主力了。

形象圖示MOS管與三極管的原理與特點

集成電路晶圓

當然,任何比喻都不可能是完美的,但上圖是經過思考,基本符合微觀原理的。若有不妥,請批評指正。(大象講堂17)


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