一步步解讀MOS管加電阻的原理（超多原理圖、分析圖）

一直以來(lái)，MOS管都是大家的關(guān)注焦點(diǎn)之一。因此針對(duì)大家的興趣點(diǎn)所在，小編將詳細(xì)解讀MOS管加電阻的原理，可謂全網(wǎng)最全，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)看下文。

一、MOS管的構(gòu)造

MOS管的構(gòu)造是在一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的 N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅(Si02)絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道(NPN 型)增強(qiáng)型MOS管。它的柵極和其它電極間是絕緣的。

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)，及上述相同的柵極制作過(guò)程，就制成為一個(gè)P溝道(PNP型)增強(qiáng)型MOS管。圖1-1所示(a )、(b)分別是P溝道MOS管道結(jié)構(gòu)圖和代表符號(hào)。

2、MOS 管的工作原理：

從圖1-2-(a)可以看出，增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵-源電壓VGS=0 時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒有導(dǎo)電溝道(沒有電流流過(guò))，所以這時(shí)漏極電流ID=0。此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，圖 1-2-(b)所示，即VGS>0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場(chǎng)，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓 VGS無(wú)法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對(duì)這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場(chǎng)，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VT(一般約為2V)時(shí)，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱為開啟電壓，一般用VT表示。控制柵極電壓VGS的大小改變了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流 ID的大小的目的，這也是MOS管用電場(chǎng)來(lái)控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱之為場(chǎng)效應(yīng)管。

二、詳細(xì)分析、解讀MOS管加電阻的原理

我們經(jīng)常會(huì)聽到在MOSFET柵極前增加一個(gè)電阻。那么，為什么要增加這個(gè)電阻，進(jìn)一步地來(lái)講，為什么要增加一個(gè)100Ω電阻? 在MOSFET的柵極前增加一個(gè)電阻?從本質(zhì)上來(lái)講，MOS管工作時(shí)柵極上并不需要串聯(lián)任何電阻。還有一種情況，也就是MOS管柵極存在的寄生電容。一般為了加快MOS管導(dǎo)通和截止的速度，降低其導(dǎo)通和截止過(guò)程中的產(chǎn)生損耗，柵極上的等效電阻是應(yīng)該越小越好，最好為0。

但我們卻經(jīng)常會(huì)看到關(guān)于MOSFET的電路中，柵極前串聯(lián)著一個(gè)電阻。如下圖：

那為什么要串聯(lián)這個(gè)電阻呢? 在開關(guān)狀態(tài)下，通常解釋就是為了防止MOSFET在開關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生震蕩波形，因?yàn)檫@會(huì)增加MOSFET開關(guān)損耗，不僅如此，如果震蕩過(guò)大，還會(huì)引起MOS管被擊穿。再進(jìn)一步講，為什么電阻是100Ω呢? 我在網(wǎng)上看到一個(gè)仿真試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)在MOSFET電路中的柵極串聯(lián)電阻R3，分別對(duì)它取1歐姆，10歐姆，50歐姆進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)： a. 當(dāng)R3為1歐姆時(shí)，輸出電壓Vds上出現(xiàn)高頻震蕩信號(hào)。 b. 當(dāng)R3為10歐姆時(shí)，輸出電壓Vds的高頻震蕩信號(hào)明顯被衰減。 c. 當(dāng)R3為50歐姆時(shí)，輸出電壓Vds的上升沿變得緩慢。其柵極電壓上，因?yàn)槁O-柵極之間的米勒電容效應(yīng)引發(fā)了臺(tái)階。此時(shí)對(duì)應(yīng)的MOS管的功耗大大增加。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果它的取值小了，就會(huì)引起輸出振鈴，如果大了就會(huì)增加MOS管的開關(guān)過(guò)渡時(shí)間，從而增加其功耗。 是不是看到這里，還是不太清楚選值為100Ω的作用在哪里?我們以上面提到的開關(guān)震蕩再進(jìn)深一步探討。這是一張MOSFET的驅(qū)動(dòng)電路圖：

功率MOS管的驅(qū)動(dòng)電路中會(huì)分布各種電感，例如圖中的L，它們與MOSFET的Cgd, Cge會(huì)形成諧振電路：對(duì)開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)中的高頻諧波分量產(chǎn)生諧振，進(jìn)而引起功率管輸出電壓的波動(dòng)。 MOS管的柵極串聯(lián)電阻Rg，會(huì)增大MOS管驅(qū)動(dòng)回路中的損耗，然后降低諧振回路的Q值，使得電感與電容諧振現(xiàn)象快速衰減。 在這里我們可以理解到，MOS管柵極上所串聯(lián)的電阻，是根據(jù)具體的MOS管和電路分布雜散電感來(lái)確定。 這跟我們上面提到阻值影響相關(guān)的，下面會(huì)詳細(xì)提到：

如上圖，當(dāng)Rg值比較小時(shí)，驅(qū)動(dòng)電壓上沖會(huì)比較高，震蕩較多，L(電感)越大也越明顯，此時(shí)會(huì)對(duì)MOSFET及其他器件性能產(chǎn)生一定影響。 此外，驅(qū)動(dòng)電流的峰值也比較大，但是一般情況下，IC的驅(qū)動(dòng)電流輸出能力是有一定限制的。 當(dāng)阻值過(guò)大時(shí)，實(shí)際驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到IC輸出的最大值時(shí)，IC輸出就相當(dāng)于一個(gè)恒流源，會(huì)對(duì)Cgs線性充電，驅(qū)動(dòng)電壓波形的上升率會(huì)變慢。 而驅(qū)動(dòng)波形上升比較慢的話，如果MOSFET有較大電流通過(guò)時(shí)就有不利影響。 可以得出，阻值過(guò)大過(guò)小都是對(duì)MOSFET驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一定不利影響的，而如何確定出合適的阻值，一般是根據(jù)管子的電流容量和電壓額定值以及開關(guān)頻率，來(lái)選取Rg的數(shù)值。

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