MOS管日常科普知识-10分钟详细图解MOS管的结构原理

什么是MOS管

MOS管是金(jin)属(shu) (metal) — 氧化物(wu) (oxide) — 半导(dao)体 (semiconductor) 场效应晶体管，或者称是金(jin)属(shu) — 绝(jue)缘体 (insulator) — 半导(dao)体。MOS管的(de)source和drain是可以对(dui)调的(de)，他(ta)们都是在(zai)P型(xing)backgate中形成的(de)N型(xing)区。在(zai)多数情况(kuang)下，这(zhei)个两个区是一(yi)样的(de)，即使两端对(dui)调也不会影响器件(jian)(jian)的(de)性能，这(zhei)样的(de)器件(jian)(jian)被认为是对(dui)称的(de)。

双极(ji)型晶体(ti)管(guan)(guan)把(ba)输(shu)入(ru)端电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)微小变化(hua)放大后(hou)，在输(shu)出(chu)端输(shu)出(chu)一个(ge)大的(de)(de)(de)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)变化(hua)。双极(ji)型晶体(ti)管(guan)(guan)的(de)(de)(de)增益就定(ding)(ding)义为输(shu)出(chu)输(shu)入(ru)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)之比 (beta) 。另一种晶体(ti)管(guan)(guan)叫做(zuo)场效(xiao)应(ying)管(guan)(guan) (FET) ，把(ba)输(shu)入(ru)电(dian)(dian)压的(de)(de)(de)变化(hua)转化(hua)为输(shu)出(chu)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)变化(hua)。FET的(de)(de)(de)增益等(deng)于它的(de)(de)(de)transconductance， 定(ding)(ding)义为输(shu)出(chu)电(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)(de)变化(hua)和输(shu)入(ru)电(dian)(dian)压变化(hua)之比。市(shi)面(mian)上常有的(de)(de)(de)一般为N沟道(dao)和P沟道(dao)，而P沟道(dao)常见的(de)(de)(de)为低压MOS管(guan)(guan)。

场效应管(guan)(guan)通过(guo)投影(ying)一个电(dian)(dian)(dian)场在一个绝(jue)缘层上来影(ying)响流(liu)(liu)过(guo)晶体管(guan)(guan)的(de)电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)。事(shi)实上没(mei)有电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)过(guo)这个绝(jue)缘体，所以FET管(guan)(guan)的(de)GATE电(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)非常(chang)小。最普通的(de)FET用一薄(bo)层二氧化(hua)(hua)硅来作(zuo)为(wei)(wei)GATE极(ji)(ji)下的(de)绝(jue)缘体。这种晶体管(guan)(guan)称为(wei)(wei)金(jin)属氧化(hua)(hua)物半(ban)导(dao)体 (MOS) 晶体管(guan)(guan)，或(huo)金(jin)属氧化(hua)(hua)物半(ban)导(dao)体场效应管(guan)(guan) (MOSFET) 。因为(wei)(wei)MOS管(guan)(guan)更(geng)小更(geng)省电(dian)(dian)(dian)，所以他们已经(jing)在很多应用场合取代了双极(ji)(ji)型晶体管(guan)(guan)。

MOS管优势

1、可应用于(yu)放大(da)(da)，由(you)于(yu)场效应管放大(da)(da)器的输入阻(zu)抗很高，因此耦合电(dian)(dian)容可以(yi)容量较(jiao)小，不必使用电(dian)(dian)解电(dian)(dian)容器。

2、很高的(de)输(shu)入阻抗非常(chang)适合作阻抗变换(huan)，常(chang)用于多级放大器的(de)输(shu)入级作阻抗变换(huan)。

3、可以(yi)用作可变电阻

4、可(ke)以方便地用作(zuo)恒流源

5、可以用作电子开(kai)关(guan)

6、在电(dian)路设(she)计上的灵活性大，栅偏(pian)(pian)压(ya)可正可负可零(ling)，三极管(guan)(guan)只能在正向偏(pian)(pian)置下(xia)工作(zuo)，电(dian)子(zi)管(guan)(guan)只能在负偏(pian)(pian)压(ya)下(xia)工作(zuo)；另外输入阻(zu)抗高(gao)，可以减轻信(xin)号源负载，易于跟前级匹配(pei)。

MOS管结构原理图解

结构和符(fu)号 (以N沟道增强型(xing)(xing)为(wei)例(li)) —— 在一(yi)块(kuai)浓度较低的(de)P型(xing)(xing)硅(gui)上扩(kuo)散(san)两个浓度较高的(de)N型(xing)(xing)区作为(wei)漏极(ji)和源极(ji)，半导体表(biao)面覆盖二氧化(hua)硅(gui)绝(jue)缘层(ceng)并引(yin)出一(yi)个电极(ji)作为(wei)栅极(ji)。

其他(ta)MOS管符号(hao)

工作原理（以N沟道增强型为例）

VGS=0时，不管VDS极性(xing)如何，其中总有(you)一个PN结(jie)反偏，所以不存在导电沟(gou)道

VGS=0，ID=0

VGS必须大于0，管子才能(neng)工作

VGS＞0时(shi)，在(zai)Sio2介质(zhi)中(zhong)产生(sheng)一(yi)个垂直(zhi)于半导体表(biao)面(mian)的电(dian)场，排斥P区(qu)多子空穴而吸(xi)引少子电(dian)子。当VGS达到一(yi)定(ding)值时(shi)P区(qu)表(biao)面(mian)将形成(cheng)反型层把两侧的N区(qu)沟通(tong)，形成(cheng)导电(dian)沟道。

VGS＞0 → g吸引电子 → 反型(xing)层 → 导电沟道

VGS↑ → 反型层(ceng)变厚 → VDS↑ → ID↑

VGS ≥ VT时而VDS较小时：VDS↑ → ID↑

VT：开启电(dian)压(ya)，在(zai)VDS作用下(xia)开始导电(dian)时的(de)VGS，VT = VGS — VDS

VGS 》0且VDS增大(da)到一定(ding)值后，靠近漏(lou)极(ji)的(de)沟道被(bei)夹(jia)(jia)断，形成夹(jia)(jia)断区。

VDS↑ → ID不变

MOS管三个极判定方法

mos管(guan)的三个极(ji)(ji)分别是(shi)：G（栅(zha)极(ji)(ji)），D（漏(lou)极(ji)(ji)）s（源(yuan)及），要求栅(zha)极(ji)(ji)和(he)源(yuan)及之(zhi)间电压大(da)于某一特定(ding)值(zhi)，漏(lou)极(ji)(ji)和(he)源(yuan)及才能导通。

1、判断栅极G

MOS驱(qu)(qu)动(dong)器主要起波形整(zheng)形和加强(qiang)驱(qu)(qu)动(dong)的作用：假如(ru)MOS管的G信号波形不(bu)够(gou)陡峭(qiao)，在点评切换(huan)阶段会(hui)造成大量电能(neng)损耗其副作用是降低(di)电路转换(huan)效(xiao)率，MOS管发(fa)烧严峻(jun)，易热损坏(huai)MOS管GS间(jian)存(cun)在一定电容(rong)，假如(ru)G信号驱(qu)(qu)动(dong)能(neng)力不(bu)够(gou)，将严峻(jun)影响波形跳(tiao)变(bian)的时间(jian)。

将G-S极(ji)短路，选择万(wan)用表(biao)(biao)的(de)R×1档，黑表(biao)(biao)笔(bi)接S极(ji)，红表(biao)(biao)笔(bi)接D极(ji)，阻(zu)值应为(wei)几欧至十几欧。若发现某脚(jiao)(jiao)与其字(zi)两脚(jiao)(jiao)的(de)电阻(zu)均呈无限大，并且交换表(biao)(biao)笔(bi)后仍为(wei)无限大，则证实此脚(jiao)(jiao)为(wei)G极(ji)，由于它和另外两个管(guan)脚(jiao)(jiao)是(shi)绝缘(yuan)的(de)。

2、判断源极S、漏极D

将万用表(biao)(biao)拨至R×1k档分别丈量三个管脚之(zhi)间(jian)的(de)(de)电(dian)阻(zu)。用交(jiao)换表(biao)(biao)笔(bi)法测两次电(dian)阻(zu)，其中(zhong)电(dian)阻(zu)值(zhi)较低(di)（一(yi)般为(wei)(wei)几千欧至十几千欧）的(de)(de)一(yi)次为(wei)(wei)正向电(dian)阻(zu)，此时黑表(biao)(biao)笔(bi)的(de)(de)是S极，红表(biao)(biao)笔(bi)接D极。因为(wei)(wei)测试前提不同(tong)，测出(chu)的(de)(de)RDS（on）值(zhi)比手册中(zhong)给出(chu)的(de)(de)典型值(zhi)要高(gao)一(yi)些。

3、丈量漏-源通态电阻RDS（on）

在(zai)源(yuan)-漏(lou)之(zhi)间(jian)有一个(ge)PN结(jie)，因此根据PN结(jie)正(zheng)、反向(xiang)电阻(zu)存在(zai)差异，可识别(bie)S极与D极。例如用(yong)500型(xing)万用(yong)表R×1档实测一只IRFPC50型(xing)VMOS管，RDS（on）=3.2W，大(da)于0.58W（典型(xing)值）。

4、测试步骤

MOS管(guan)的检测主要是判断(duan)MOS管(guan)漏电(dian)、短路、断(duan)路、放大(da)。假如(ru)有阻(zu)值没被测，MOS管(guan)有漏电(dian)现(xian)象(xiang)，具体步骤如(ru)下：

把连接(jie)栅极和源极的(de)电阻移开，万用表红(hong)黑笔(bi)不(bu)变(bian)，假如移开电阻后表针慢(man)(man)慢(man)(man)逐(zhu)步(bu)退回到高阻或(huo)无(wu)限大，则MOS管(guan)漏电，不(bu)变(bian)则完好。然后一根导线(xian)把(ba)MOS管的栅极和源极连(lian)接起来，假如指(zhi)针立刻返回(hui)无限大，则(ze)MOS完好。把红笔接到(dao)MOS的(de)(de)源极S上(shang)，黑笔接到(dao)MOS管的(de)(de)漏极上(shang)，好的(de)(de)表针(zhen)指示应该(gai)是无限大。

用(yong)一只100KΩ－200KΩ的(de)电(dian)(dian)阻(zu)连(lian)在栅极和(he)漏(lou)极上(shang)，然后把红笔接(jie)到MOS的(de)源极S上(shang)，黑笔接(jie)到MOS管的(de)漏(lou)极上(shang)，这(zhei)时表(biao)针指示的(de)值一般是0，这(zhei)时是下电(dian)(dian)荷通(tong)(tong)过这(zhei)个电(dian)(dian)阻(zu)对(dui)MOS管的(de)栅极充电(dian)(dian)，产生栅极电(dian)(dian)场(chang)，因(yin)为电(dian)(dian)场(chang)产生导(dao)致(zhi)导(dao)电(dian)(dian)沟道致(zhi)使漏(lou)极和(he)源极导(dao)通(tong)(tong)，故(gu)万用(yong)表(biao)指针偏(pian)转，偏(pian)转的(de)角(jiao)度大，放电(dian)(dian)性越好。

MOS管的应用领域

1、工业领域、步进马(ma)达驱(qu)动(dong)、电(dian)钻工具、工业开关电(dian)源

2、新能源(yuan)领(ling)域(yu)、光伏逆变、充电(dian)桩、无人机

3、交通运输领域、车(che)载逆变器、汽车(che)HID安定器、电动(dong)自行车(che)

4、绿色(se)照明领(ling)域(yu)、CCFL节能灯、LED照明电(dian)源、金卤灯镇流器

MOS管降压电路

图中Q27是N沟道MOS管，U22A的(de)1脚(jiao)输出(chu)高电平时Q27导通，将VCC—DDR内存电压(ya)降压(ya)，得到1.2V—HT总线供电，而(er)U22A的(de)1脚(jiao)输出(chu)低电平时Q27截止，1.2V_HT总线电压(ya)为0V。

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