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[導(dǎo)讀]關(guān)注、星標(biāo)公眾號(hào),不錯(cuò)過精彩內(nèi)容 素材來源:網(wǎng)絡(luò) MOS管對(duì)于電子工程師來說是一種必須掌握的元器件,在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中也比較常見,那么,關(guān)于MOS管你了解多少,下面就給大家詳細(xì)介紹一下。 什么是MOS管 MOS管是金屬 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半導(dǎo)體 (semico

關(guān)注、星標(biāo)公眾號(hào),不錯(cuò)過精彩內(nèi)容

素材來源:網(wǎng)絡(luò)


MOS管對(duì)于電子工程師來說是一種必須掌握的元器件,在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中也比較常見,那么,關(guān)于MOS管你了解多少,下面就給大家詳細(xì)介紹一下。


什么是MOS管


MOS管是金屬 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半導(dǎo)體 (semiconductor) 場效應(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溝道常見的為低壓MOS管。

場效應(yīng)管通過投影一個(gè)電場在一個(gè)絕緣層上來影響流過晶體管的電流。事實(shí)上沒有電流流過這個(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)用場合取代了雙極型晶體管。


MOS管的優(yōu)勢


  • 可應(yīng)用于放大,由于場效應(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

  • 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

  • 可以用作可變電阻

  • 可以方便地用作恒流源

  • 可以用作電子開關(guān)

  • 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,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:開啟電壓,在VDS作用下開始導(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)極分別是什么及判定方法


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。


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限大,并且交換表筆后仍為無限大,則證實(shí)此腳為G極,由于它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。

判斷源極S、漏極D


將萬用表撥至R×1k檔分別丈量三個(gè)管腳之間的電阻。用交換表筆法測兩次電阻,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試前提不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。

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型萬用表R×1檔實(shí)測一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。

測試步驟


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

  1. 把連接?xùn)艠O和源極的電阻移開,萬用表紅黑筆不變,假如移開電阻后表針慢慢逐步退回到高阻或無限大,則MOS管漏電,不變則完好。

  2. 然后一根導(dǎo)線把MOS管的柵極和源極連接起來,假如指針立刻返回?zé)o限大,則MOS完好。

  3. 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)該是無限大。

  4. 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)是下電荷通過這個(gè)電阻對(duì)MOS管的柵極充電,產(chǎn)生柵極電場,因?yàn)殡妶霎a(chǎn)生導(dǎo)致導(dǎo)電溝道致使漏極和源極導(dǎo)通,故萬用表指針偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度大,放電性越好。


MOS管的應(yīng)用領(lǐng)域


  • 工業(yè)領(lǐng)域、步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、電鉆工具、工業(yè)開關(guān)電源

  • 新能源領(lǐng)域、光伏逆變、充電樁、無人機(jī)

  • 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

  • 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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