MOS管日常科普知識(shí)-10分鐘詳細(xì)圖解MOS管的結(jié)構(gòu)原理

什么是MOS管

MOS管是金屬 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半導(dǎo)體 (semiconductor) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬 — 絕緣體 (insulator) — 半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能，這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。

雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后，在輸出端輸出一個(gè)大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比 (beta) 。另一種晶體管叫做場(chǎng)效應(yīng)管 (FET) ，把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance， 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，而P溝道常見(jiàn)的為低壓MOS管。

場(chǎng)效應(yīng)管通過(guò)投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)這個(gè)絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來(lái)作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS) 晶體管，或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET) 。因?yàn)镸OS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。

MOS管優(yōu)勢(shì)

1、可應(yīng)用于放大，由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。

2、很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換，常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。

3、可以用作可變電阻

4、可以方便地用作恒流源

5、可以用作電子開(kāi)關(guān)

6、在電路設(shè)計(jì)上的靈活性大，柵偏壓可正可負(fù)可零，三極管只能在正向偏置下工作，電子管只能在負(fù)偏壓下工作；另外輸入阻抗高，可以減輕信號(hào)源負(fù)載，易于跟前級(jí)匹配。

MOS管結(jié)構(gòu)原理圖解

結(jié)構(gòu)和符號(hào) (以N溝道增強(qiáng)型為例) —— 在一塊濃度較低的P型硅上擴(kuò)散兩個(gè)濃度較高的N型區(qū)作為漏極和源極，半導(dǎo)體表面覆蓋二氧化硅絕緣層并引出一個(gè)電極作為柵極。

其他MOS管符號(hào)

工作原理（以N溝道增強(qiáng)型為例）

VGS=0時(shí)，不管VDS極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)反偏，所以不存在導(dǎo)電溝道

VGS=0，ID=0

VGS必須大于0，管子才能工作

VGS＞0時(shí)，在Sio2介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)，排斥P區(qū)多子空穴而吸引少子電子。當(dāng)VGS達(dá)到一定值時(shí)P區(qū)表面將形成反型層把兩側(cè)的N區(qū)溝通，形成導(dǎo)電溝道。

VGS＞0 → g吸引電子 → 反型層 → 導(dǎo)電溝道

VGS↑ → 反型層變厚 → VDS↑ → ID↑

VGS ≥ VT時(shí)而VDS較小時(shí)：VDS↑ → ID↑

VT：開(kāi)啟電壓，在VDS作用下開(kāi)始導(dǎo)電時(shí)的VGS，VT = VGS — VDS

VGS 》0且VDS增大到一定值后，靠近漏極的溝道被夾斷，形成夾斷區(qū)。

VDS↑ → ID不變

MOS管三個(gè)極判定方法

mos管的三個(gè)極分別是：G（柵極），D（漏極）s（源及），要求柵極和源及之間電壓大于某一特定值，漏極和源及才能導(dǎo)通。

1、判斷柵極G

MOS驅(qū)動(dòng)器主要起波形整形和加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的作用：假如MOS管的G信號(hào)波形不夠陡峭，在點(diǎn)評(píng)切換階段會(huì)造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉(zhuǎn)換效率，MOS管發(fā)燒嚴(yán)峻，易熱損壞MOS管GS間存在一定電容，假如G信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力不夠，將嚴(yán)峻影響波形跳變的時(shí)間。

將G-S極短路，選擇萬(wàn)用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無(wú)限大，并且交換表筆后仍為無(wú)限大，則證實(shí)此腳為G極，由于它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。

2、判斷源極S、漏極D

將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別丈量三個(gè)管腳之間的電阻。用交換表筆法測(cè)兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是S極，紅表筆接D極。因?yàn)闇y(cè)試前提不同，測(cè)出的RDS（on）值比手冊(cè)中給出的典型值要高一些。

3、丈量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）

在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié)，因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異，可識(shí)別S極與D極。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測(cè)一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。

4、測(cè)試步驟

MOS管的檢測(cè)主要是判斷MOS管漏電、短路、斷路、放大。假如有阻值沒(méi)被測(cè)，MOS管有漏電現(xiàn)象，具體步驟如下：

把連接?xùn)艠O和源極的電阻移開(kāi)，萬(wàn)用表紅黑筆不變，假如移開(kāi)電阻后表針慢慢逐步退回到高阻或無(wú)限大，則MOS管漏電，不變則完好。然后一根導(dǎo)線把MOS管的柵極和源極連接起來(lái)，假如指針立刻返回?zé)o限大，則MOS完好。把紅筆接到MOS的源極S上，黑筆接到MOS管的漏極上，好的表針指示應(yīng)該是無(wú)限大。

用一只100KΩ－200KΩ的電阻連在柵極和漏極上，然后把紅筆接到MOS的源極S上，黑筆接到MOS管的漏極上，這時(shí)表針指示的值一般是0，這時(shí)是下電荷通過(guò)這個(gè)電阻對(duì)MOS管的柵極充電，產(chǎn)生柵極電場(chǎng)，因?yàn)殡妶?chǎng)產(chǎn)生導(dǎo)致導(dǎo)電溝道致使漏極和源極導(dǎo)通，故萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大，放電性越好。

MOS管的應(yīng)用領(lǐng)域

1、工業(yè)領(lǐng)域、步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、電鉆工具、工業(yè)開(kāi)關(guān)電源

2、新能源領(lǐng)域、光伏逆變、充電樁、無(wú)人機(jī)

3、交通運(yùn)輸領(lǐng)域、車載逆變器、汽車HID安定器、電動(dòng)自行車

4、綠色照明領(lǐng)域、CCFL節(jié)能燈、LED照明電源、金鹵燈鎮(zhèn)流器

MOS管降壓電路

圖中Q27是N溝道MOS管，U22A的1腳輸出高電平時(shí)Q27導(dǎo)通，將VCC—DDR內(nèi)存電壓降壓，得到1.2V—HT總線供電，而U22A的1腳輸出低電平時(shí)Q27截止，1.2V_HT總線電壓為0V。

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