什么是mos管

mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場(chǎng)效應晶體管，或者稱(chēng)是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個(gè)兩個(gè)區是一樣的，即使兩端對調也不會(huì )影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱(chēng)的。

場(chǎng)效應管（FET），把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的跨導， 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，詳情參考右側圖片（P溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見(jiàn)的為低壓mos管。

場(chǎng)效應管通過(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(chēng)為金屬氧化物半導體(MOS)晶體管，或,金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管（MOSFET）。因為MOS管更小更省電，所以他們已經(jīng)在很多應用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。

mos管基本結構與工作原理

mos管學(xué)名是場(chǎng)效應管，是金屬-氧化物-半導體型場(chǎng)效應管，屬于絕緣柵型。本文就結構構造、特點(diǎn)、實(shí)用電路等幾個(gè)方面用工程師的話(huà)簡(jiǎn)單描述。其結構示意圖：

MOS場(chǎng)效應三極管分為：增強型（又有N溝道、P溝道之分）及耗盡型（分有N溝道、P溝道）。N溝道增強型MOSFET的結構示意圖和符號見(jiàn)上圖。其中：電極 D（Drain） 稱(chēng)為漏極，相當雙極型三極管的集電極；

電極 G（Gate） 稱(chēng)為柵極，相當于的基極；

電極 S（Source）稱(chēng)為源極，相當于發(fā)射極。

N溝道增強型MOS場(chǎng)效應管結構

在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作漏極d和源極s。然后在半導體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個(gè)鋁電極,作為柵極g。襯底上也引出一個(gè)電極B，這就構成了一個(gè)N溝道增強型MOS管。MOS管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數管子在出廠(chǎng)前已連接好)。它的柵極與其它電極間是絕緣的。

圖(a)、(b)分別是它的結構示意圖和代表符號。代表符號中的箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。P溝道增強型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖(c)所示。

N溝道增強型MOS場(chǎng)效應管的工作原理

（1）vGS對iD及溝道的控制作用

① vGS=0 的情況

從圖1(a)可以看出，增強型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個(gè)背靠背的PN結。當柵——源電壓vGS=0時(shí)，即使加上漏——源電壓vDS，而且不論vDS的極性如何，總有一個(gè)PN結處于反偏狀態(tài)，漏——源極間沒(méi)有導電溝道，所以這時(shí)漏極電流iD≈0。

② vGS>0 的情況

若vGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。電場(chǎng)方向垂直于半導體表面的由柵極指向襯底的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)能排斥空穴而吸引電子。

排斥空穴：使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動(dòng)的受主離子(負離子)，形成耗盡層。吸引電子：將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面。

（2）導電溝道的形成：

當vGS數值較小，吸引電子的能力不強時(shí)，漏——源極之間仍無(wú)導電溝道出現，如圖1(b)所示。vGS增加時(shí)，吸引到P襯底表面層的電子就增多，當vGS達到某一數值時(shí)，這些電子在柵極附近的P襯底表面便形成一個(gè)N型薄層，且與兩個(gè)N+區相連通，在漏——源極間形成N型導電溝道，其導電類(lèi)型與P襯底相反，故又稱(chēng)為反型層，如圖1(c)所示。vGS越大，作用于半導體表面的電場(chǎng)就越強，吸引到P襯底表面的電子就越多，導電溝道越厚，溝道電阻越小。

開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵——源極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，用VT表示。

上面討論的N溝道MOS管在vGS＜VT時(shí)，不能形成導電溝道，管子處于截止狀態(tài)。只有當vGS≥VT時(shí)，才有溝道形成。這種必須在vGS≥VT時(shí)才能形成導電溝道的MOS管稱(chēng)為增強型MOS管。溝道形成以后，在漏——源極間加上正向電壓vDS，就有漏極電流產(chǎn)生。

vDS對iD的影響

如圖(a)所示，當vGS>VT且為一確定值時(shí)，漏——源電壓vDS對導電溝道及電流iD的影響與結型場(chǎng)效應管相似。

漏極電流iD沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為VGD=vGS－vDS，因而這里溝道最薄。但當vDS較?。╲DS

隨著(zhù)vDS的增大，靠近漏極的溝道越來(lái)越薄，當vDS增加到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)時(shí)，溝道在漏極一端出現預夾斷，如圖2(b)所示。再繼續增大vDS，夾斷點(diǎn)將向源極方向移動(dòng)，如圖2(c)所示。由于vDS的增加部分幾乎全部降落在夾斷區，故iD幾乎不隨vDS增大而增加，管子進(jìn)入飽和區，iD幾乎僅由vGS決定。

N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應管的基本結構

（1）結構：

N溝道耗盡型MOS管與N溝道增強型MOS管基本相似。

（2）區別：

耗盡型MOS管在vGS=0時(shí)，漏——源極間已有導電溝道產(chǎn)生，而增強型MOS管要在vGS≥VT時(shí)才出現導電溝道。

（3）原因：

制造N溝道耗盡型MOS管時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+(制造P溝道耗盡型MOS管時(shí)摻入負離子)，如圖1(a)所示，因此即使vGS=0時(shí)，在這些正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)作用下，漏——源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道(稱(chēng)為初始溝道)，只要加上正向電壓vDS，就有電流iD。

如果加上正的vGS，柵極與N溝道間的電場(chǎng)將在溝道中吸引來(lái)更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小，iD增大。反之vGS為負時(shí)，溝道中感應的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，iD減小。當vGS負向增加到某一數值時(shí)，導電溝道消失，iD趨于零，管子截止，故稱(chēng)為耗盡型。溝道消失時(shí)的柵－源電壓稱(chēng)為夾斷電壓，仍用VP表示。與N溝道結型場(chǎng)效應管相同，N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓VP也為負值，但是，前者只能在vGS<0的情況下工作。而后者在vGS=0，vGS>0。

P溝道耗盡型MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過(guò)導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。

MOS管的特性

上述MOS管的工作原理中可以看出，MOS管的柵極G和源極S之間是絕緣的，由于SiO2絕緣層的存在，在柵極G和源極S之間等效是一個(gè)電容存在，電壓VGS產(chǎn)生電場(chǎng)從而導致源極-漏極電流的產(chǎn)生。此時(shí)的柵極電壓VGS決定了漏極電流的大小，控制柵極電壓VGS的大小就可以控制漏極電流ID的大小。這就可以得出如下結論：

1） mos管是一個(gè)由改變電壓來(lái)控制電流的器件，所以是電壓器件。

2） mos管道輸入特性為容性特性，所以輸入阻抗極高。

mos管作用

1.可應用于放大。由于場(chǎng)效應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。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

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.在電路設計上的靈活性大。柵偏壓可正可負可零，三極管只能在正向偏置下工作，電子管只能在負偏壓下工作。另外輸入阻抗高，可以減輕信號源負載，易于跟前級匹配。

mos管發(fā)熱原因分析

做電源設計，或者做驅動(dòng)方面的電路，難免要用到MOS管。MOS管有很多種類(lèi)，也有很多作用。做電源或者驅動(dòng)的使用，當然就是用它的開(kāi)關(guān)作用。

無(wú)論N型或者P型MOS管，其工作原理本質(zhì)是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來(lái)控制輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過(guò)加在柵極上的電壓控制器件的特性，不會(huì )發(fā)生像三極管做開(kāi)關(guān)時(shí)的因基極電流引起的電荷存儲效應，因此在開(kāi)關(guān)應用中，

MOS管的開(kāi)關(guān)速度應該比三極管快。其主要原理如圖：

MOS管的工作原理

在開(kāi)關(guān)電源中常用MOS管的漏極開(kāi)路電路，如圖2漏極原封不動(dòng)地接負載，叫開(kāi)路漏極，開(kāi)路漏極電路中不管負載接多高的電壓，都能夠接通和關(guān)斷負載電流。是理想的模擬開(kāi)關(guān)器件。這就是MOS管做開(kāi)關(guān)器件的原理。當然MOS管做開(kāi)關(guān)使用的電路形式比較多了。

NMOS管的開(kāi)路漏極電路

在開(kāi)關(guān)電源應用方面，這種應用需要MOS管定期導通和關(guān)斷。比如，DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴(lài)兩個(gè)MOS管來(lái)執行開(kāi)關(guān)功能，這些開(kāi)關(guān)交替在電感里存儲能量，然后把能量釋放給負載。我們常選擇數百kHz乃至1MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間，MOS管只相當于一個(gè)導體。因此，我們電路或者電源設計人員最關(guān)心的是MOS的最小傳導損耗。

我們經(jīng)?？碝OS管的PDF參數，MOS管制造商采用RDS(ON)參數來(lái)定義導通阻抗，對開(kāi)關(guān)應用來(lái)說(shuō)，RDS(ON)也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅動(dòng))電壓VGS以及流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流有關(guān)，但對于充分的柵極驅動(dòng)，RDS(ON)是一個(gè)相對靜態(tài)參數。一直處于導通的MOS管很容易發(fā)熱。另外，慢慢升高的結溫也會(huì )導致RDS(ON)的增加。MOS管數據手冊規定了熱阻抗參數，其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡(jiǎn)單的定義是結到管殼的熱阻抗。

其發(fā)熱情況有：

1.電路設計的問(wèn)題，就是讓MOS管工作在線(xiàn)性的工作狀態(tài)，而不是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。這也是導致MOS管發(fā)熱的一個(gè)原因。如果N-MOS做開(kāi)關(guān)，G級電壓要比電源高幾V，才能完全導通，P-MOS則相反。沒(méi)有完全打開(kāi)而壓降過(guò)大造成功率消耗，等效直流阻抗比較大，壓降增大，所以U*I也增大，損耗就意味著(zhù)發(fā)熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。

2.頻率太高，主要是有時(shí)過(guò)分追求體積，導致頻率提高，MOS管上的損耗增大了，所以發(fā)熱也加大了。

3.沒(méi)有做好足夠的散熱設計，電流太高，MOS管標稱(chēng)的電流值，一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流，也可能發(fā)熱嚴重，需要足夠的輔助散熱片。

4.MOS管的選型有誤，對功率判斷有誤，MOS管內阻沒(méi)有充分考慮，導致開(kāi)關(guān)阻抗增大。

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，漏極和源及才能導通。

1.判斷柵極G

MOS驅動(dòng)器主要起波形整形和加強驅動(dòng)的作用：假如MOS管的G信號波形不夠陡峭，在點(diǎn)評切換階段會(huì )造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉換效率，MOS管發(fā)燒嚴峻，易熱損壞MOS管GS間存在一定電容，假如G信號驅動(dòng)能力不夠，將嚴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，阻值應為幾歐至十幾歐。若發(fā)現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。因為測試前提不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。

3.丈量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）

在源-漏之間有一個(gè)PN結，因此根據PN結正、反向電阻存在差異，可識別S極與D極。例如用500型萬(wàn)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。

其步驟如下：

假如有阻值沒(méi)被測MOS管有漏電現象。

1、把連接柵極和源極的電阻移開(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

2、然后一根導線(xiàn)把MOS管的柵極和源極連接起來(lái)，假如指針立刻返回無(wú)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，好的表針指示應該是無(wú)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(guò)這個(gè)電阻對MOS管的柵極充電，產(chǎn)生柵極電場(chǎng)，因為電場(chǎng)產(chǎn)生導致導電溝道致使漏極和源極導通，故萬(wàn)用表指針偏轉，偏轉的角度大，放電性越好。

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