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一、MOS管工作原理
MOS管是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體三端器件,很多特性和應(yīng)用方向都與三極管類似。這種器件不僅體積小、質(zhì)量輕、耗電省、壽命長、而且還具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強等優(yōu)點,應(yīng)用廣泛,特別是在大規(guī)模的集成電路中。
MOS管的基本工作原理是利用柵源電壓去控制漏極電流,但漏極和源極之間不存在原始導(dǎo)電溝道,所以工作時還需要先建立。
1.建立導(dǎo)電溝道:
當(dāng)外加正向的柵源電壓VGS>0時,在柵極下方的氧化層上出現(xiàn)上正下負(fù)的電場,該電場將吸引P區(qū)中的自由電子,使其在氧化層下方聚集,同時會排斥P區(qū)中的空穴,使之離開該區(qū)域。VGS越大電場強度越大,這種效果越明顯。當(dāng)VGS達到VT時,該區(qū)域聚集的自由電子濃度足夠大,而形成一個新的N型區(qū)域,像一座橋梁把漏極和源極連接起來。該區(qū)域就稱為N型導(dǎo)電溝道,簡稱N溝道,而Vt就稱為開啟電壓,VGS>VT 是建立該導(dǎo)電溝道的必備條件。
2.建立漏極電流:
當(dāng)溝道建立之后,如果漏極之間存在一定的驅(qū)動電壓VDS。當(dāng)漏極電壓VDS出現(xiàn)之后,漏極電位高于源極,故VGS>VGD,所以造成氧化層上的電場分布不均勻,靠近源極強度大,靠近漏極強度弱,相應(yīng)的導(dǎo)電溝道也就隨之變化:靠近源極處寬,靠近漏極處窄。
所以,MOS管的漏極電流Id主要受電壓VGS和VDS的影響,前者通過控制導(dǎo)電溝道來影響Id,后者直接作為驅(qū)動來影響Id。但需要再次強調(diào),如果導(dǎo)電溝道沒有建立的話,只有VDS,漏極電流是不會出現(xiàn)的。
二、MOS管的作用
放大作用:MOS管具有放大作用,通過外部電路的反饋和輸入信號的控制,可以將微弱的輸入信號放大到所需的幅度。這種放大作用在音頻放大器、功率放大器、運算放大器等電路中都有廣泛應(yīng)用。
開關(guān)作用:在數(shù)字電路中,MOS管可以作為開關(guān)管使用,控制電路的通斷狀態(tài)。通過施加不同的控制信號,MOS管可以在導(dǎo)通和截止兩種狀態(tài)之間切換,從而實現(xiàn)邏輯門的開關(guān)功能。
保護作用:MOS管具有較高的輸入阻抗,可以起到保護前級電路的作用。當(dāng)輸入電壓過高時,MOS管會自動進入保護狀態(tài),防止前級電路受損。
信號調(diào)制作用:在通信領(lǐng)域,MOS管可以用于信號調(diào)制和解調(diào)。通過改變MOS管的柵極電壓,可以調(diào)制信號的幅度和頻率等參數(shù),實現(xiàn)信號的傳輸和處理。
電源控制作用:在電源電路中,MOS管可以作為開關(guān)電源的控制器件,實現(xiàn)電源的開關(guān)和調(diào)壓功能。通過調(diào)整MOS管的導(dǎo)通和截止時間,可以控制電源的輸出電壓和電流。
三、高壓MOS管和低壓MOS管的區(qū)別
高壓MOS管和低壓MOS管的主要區(qū)別在于工作電壓范圍、反應(yīng)速度以及應(yīng)用場景。
首先,從電壓角度來看,高壓MOS管的電壓范圍在400V至1000V之間,而低壓MOS管則在1V至40V左右。這種電壓的不同也決定了他們所應(yīng)對的場景不同。高壓MOS管常用于那些需要高電壓環(huán)境下具備低導(dǎo)通電阻和高耐壓能力的電路,例如電源和電能控制器。低壓MOS管則適用于那些工作電壓較低的場景,如移動設(shè)備、低功耗電路和數(shù)據(jù)處理應(yīng)用。
其次,不同的電壓等級也會影響MOS管的反應(yīng)速度。一般來說,高壓MOS管的反應(yīng)速度要比低壓MOS管慢。其原因是,當(dāng)工作電壓增高時,MOS管的結(jié)電容會變大,導(dǎo)致充電慢,即開通的速度變慢。
此外,低壓MOS管與高壓MOS管的封裝也有所不同。低壓MOS管一般以貼片式為主,用量較大,廣泛應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品的保護板上。相比之下,高壓MOS管的電壓較高,通常以500V、600V、650V等為常規(guī)值,現(xiàn)在已經(jīng)有超結(jié)MOS達到1000V、1200V、1600V的產(chǎn)品出現(xiàn)。
總的來說,高壓MOS管和低壓MOS管因其不同的電壓等級和應(yīng)用環(huán)境,具有不同的特性和應(yīng)用。在選擇時,應(yīng)根據(jù)具體的電路需求和工作環(huán)境來決定使用哪種類型的MOS管。
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