什么是MOS管？MOS管的功能和特點又是什么呢?

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2022-03-17 09:23:34 8

什么是 MOS管？ MOS管的功能和特點又是什么呢?

??MOS場效應晶體管通常簡稱為場效應管，是一種基于場效應原理工作的半導體器件。與普通雙極型晶體管相比，F(xiàn)ET具有輸入阻抗高、噪聲低、動態(tài)范圍大、功耗低、易于集成等特點，得到了越來越廣泛的應用。

??場效應管

??場效應晶體管有很多種，主要分為結(jié)型場效應晶體管和絕緣柵場效應晶體管，它們都有N溝道和P溝道。

??柵極場效應管又稱金屬氧化物半導體場效應晶體管，簡稱MOSFET，分為耗盡型MOS晶體管和增強型MOS晶體管。

??場效應晶體管可分為單柵極晶體管和雙柵極晶體管。雙柵場效應管有兩個獨立的柵極G1和G2，結(jié)構上相當于兩個串聯(lián)的單柵場效應管，其輸出電流的變化由兩個柵極電壓控制。雙柵場效應管的這一特性在用作高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解調(diào)器時將帶來極大的便利。

1. MOS管種類和結(jié)構

??MOSFET晶體管是FET的一種(另一種是JFET)，可以做成增強型或耗盡型、P型溝道或N型溝道，但理論應用只需要增強型N型溝道MOS晶體管和增強型P型溝道MOS晶體管，所以通常會提到NMOS或PMOS。至于為什么不用耗盡型MOS晶體管，不建議去搞清楚。至于這兩個增強型MOS晶體管，常用的是NMOS。原因是導通電阻低，容易制造。因此，在開關電源和電機驅(qū)動的應用中，通常使用NMOS。在接下來的介紹中，NMOS也是主要的一位。MOS晶體管的三個引腳之間存在寄生電容，這不是我們所需要的，而是由于制造工藝的限制。寄生電容的存在使得驅(qū)動電路的設計或選擇變得更加容易，但是沒有辦法避免，后面會詳細介紹。在MOS晶體管的原理圖中可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個二極管在驅(qū)動合理負載時非常重要。順便說一下，體二極管只存在于單個金屬氧化物半導體晶體管中，這通常在集成電路芯片中找不到。

??2. MOS管導通特性

??導通的意思是，作為一個開關，它相當于開關閉合。NMOS的特點，當Vgs大于一定值時，會出現(xiàn)導通，適用于源極接地(低端驅(qū)動)的情況，只要柵極電壓達到4V或10V即可。PMOS的特性，當Vgs小于一定值時，會出現(xiàn)導通，適合源接VCC(高端驅(qū)動)的情況。然而，雖然PMOS可以很容易地用作高端驅(qū)動器，但由于導通，的高電阻、高價格和交流類型少，NMOS通常用于高端驅(qū)動器。3.金屬氧化物半導體開關管

??3.MOS開關管

??無論損耗是NMOS還是PMOS，在導通，之后都有一個導通電阻，所以電流會消耗這個電阻上的能量，這就是所謂的導通損耗。選擇導通電阻小的MOS晶體管，降低導通損耗。通常的低功率MOS 管導通電阻通常在幾十毫歐左右，幾毫歐也有一些在導通和截止的時候，MOS一定不是瞬間完成的。MOS兩端的電壓有下降的過程，電流有上升的過程。在此期間，MOS晶體管的損耗是電壓和電流的乘積，稱為開關損耗。通常，開關損耗遠大于導通損耗，開關頻率越快，損耗越大。導通瞬時電壓和電流的乘積很大，由此造成的損耗也很大。縮短開關時間可以減少每個導通時；的損耗降低開關頻率可以減少單位時間內(nèi)的開關次數(shù)。這兩種方法都可以降低開關損耗。

??4. MOS管驅(qū)動

??與雙極晶體管相比，一般認為MOS 管導通不需要電流，只需要GS電壓高于一定值即可。這很容易做到，但我們?nèi)匀恍枰俣取Ｔ贛OS晶體管的結(jié)構中，我們可以看到GS和GD之間存在寄生電容，理論上MOS晶體管的驅(qū)動是電容的充放電。需要電流給電容器充電。因為電容器在充電的瞬間可以看作短路，瞬間的電流會比較大。

在選擇/設計MOS晶體管驅(qū)動器時，首先要注意的是瞬時短路電流的大小。第二個注意事項是高端驅(qū)動常用的NMOS要求導通時的柵極電壓大于源極電壓另一方面高端驅(qū)動MOS 管導通的源極電壓和漏極電壓(VCC)相同，所以柵極電壓比VCC高4V或10V。假設在同一系統(tǒng)中，為了獲得比VCC更大的電壓，需要一個特殊的升壓電路。許多電機驅(qū)動器與電荷泵集成在一起。應該注意的是，應該選擇合適的外部電容，以獲得足夠的短路電流來驅(qū)動金屬氧化物半導體晶體管。上面提到的4V或10V是常用MOS晶體管的導通電壓，所以設計上當然有一定的余量。此外，電壓越高，導通速度越快，導通電阻越小。不同品類總有導通電壓較低的 MOS管使用，但在12V汽車電子系統(tǒng)中，普通4v導通就足夠了。

?? MOS管的主要參數(shù)如下：

??1.柵源擊穿電壓BVGS-VGS當柵極電流IG從零開始急劇增加的過程中，柵源電壓增加，這就是所謂的柵源擊穿電壓BVGS。

??2.導通電壓VT-導通電壓(也稱閾值電壓):使源極S和漏極D之間的始端構成導通的溝道；-標準N 溝道MOS晶體管所需的柵極電壓，VT約為3 ~ 6V-經(jīng)過工藝改進，MOS晶體管的VT值可降至2 ~ 3V。3.漏源擊穿電壓BVDS-在VGS=0的條件下(增強型)，VDS當ID開始急劇增加的過程中漏源電壓中被稱為漏源擊穿電壓BVDS-ID。增長有兩個原因：

??(1)漏極左側(cè)附近耗盡層的雪崩擊穿。

??(2)漏源穿通擊穿——部分MOS 中溝道長度較短，時不時增加VDS會使漏區(qū)耗盡層時不時向源區(qū)延伸，使溝道長度為零，即發(fā)生漏源穿通。穿通后，源區(qū)的大部分載流子將被耗盡層中的電場直接吸收，并到達漏區(qū)，產(chǎn)生大的ID。

??4.DC輸入電阻RGS——即施加在柵極和源極之間的電壓與柵極電流之比——這一特性有時用流經(jīng)金屬氧化物半導體晶體管柵極RGS的柵極電流來表示，很容易超過1010。

??5.低頻跨導GM——在VDS為固定值的條件下，引起這種變化的漏極電流微變量與柵源電壓微變量之比稱為跨導——GM反映柵源電壓對漏極電流的控制能力——它是表征MOS晶體管放大能力的一個重要參數(shù)——通常在幾到幾mA/V的范圍內(nèi)。

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