MOS管/MOSFET的工作原理及作用分析

• 來源：hth体育官网登录 更新時間：2019-01-05 17:07:23點擊：6次

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  金屬-氧化物半導體(ti) 場效應晶體(ti) 管，簡稱金氧半場效晶體(ti) 管，是一種可以廣泛使用在模擬電路與(yu) 數字電路的場效晶體(ti) 管。MOSFET依照其“通道”（工作載流子）的極性不同，可分為(wei) “N型”與(yu) “P型” 的兩(liang) 種類型，通常又稱為(wei) NMOSFET與(yu) PMOSFET，其他簡稱尚包括NMOS、PMOS等。MOS管的源極（source）和漏極（drain）是可以對調的，他們(men) 都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個(ge) 兩(liang) 個(ge) 區是一樣的，即使兩(liang) 端對調也不會(hui) 影響器件的性能。

  
  

  

  
  

  MOS管的工作原理

   

  它是利用VGS來控製“感應電荷”的多少，以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，然後達到控製漏極電流的目的。在製造管子時，通過工藝使絕緣層中出現大量正離子，故在交界麵的另一側(ce) 能感應出較多的負電荷，這些負電荷把高滲雜質的N區接通，形成了導電溝道，即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時，溝道內(nei) 被感應的電荷量也改變，導電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。下麵是MOS管的原理圖。

  
  

  

  
  

  無論N型或者P型MOS管，其工作原理本質是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控製輸出端漏極的電流。MOS管是壓控器件它通過加在柵極上的電壓控製器件的特性，不會(hui) 發生像三極管做開關(guan) 時的因基極電流引起的電荷存儲(chu) 效應，因此在開關(guan) 應用中，MOS管的開關(guan) 速度應該比三極管快。

   

  MOS管的內(nei) 部結構如下圖所示;其導通時隻有一種極性的載流子（多子）參與(yu) 導電，是單極型晶體(ti) 管。導電機理與(yu) 小功率MOS管相同，但結構上有較大區別，小功率MOS管是橫向導電器件，功率MOSFET大都采用垂直導電結構，又稱為(wei) VMOSFET，大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

  
  

  

  
  

  其主要特點是在金屬柵極與(yu) 溝道之間有一層二氧化矽絕緣層，因此具有很高的輸入電阻，該管導通時在兩(liang) 個(ge) 高濃度n擴散區間形成n型導電溝道。n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓，且隻有柵源電壓大於(yu) 閾值電壓時才有導電溝道產(chan) 生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓（柵源電壓為(wei) 零）時，就有導電溝道產(chan) 生的n溝道MOS管。

   

  MOS管的輸入、輸出特性，對於(yu) 共源極接法的電路，源極和襯底之間被二氧化矽絕緣層隔離，所以柵極電流為(wei) 0。

  
  

  

  圖（a）為(wei) 共源極接法的電路，輸出特性曲線如右圖所示。

  
  

  當VGS  

  
  

  MOS管作為(wei) 開關(guan) 元件，同樣是工作在截止或導通兩(liang) 種狀態。由於(yu) MOS管是電壓控製元件，所以主要由柵源電壓uGS決(jue) 定其工作狀態。導通的意思是作為(wei) 開關(guan) ，相當於(yu) 開關(guan) 閉合。NMOS的特性，Vgs大於(yu) 一定的值就會(hui) 導通，適合用於(yu) 源極接地時的情況（低端驅動），隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小於(yu) 一定的值就會(hui) 導通，適合用於(yu) 源極接VCC時的情況（高端驅動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由於(yu) 導通電阻大，價(jia) 格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。下麵以NMOS管為(wei) 例介紹其特性。

  
  

  

  圖 （a）為(wei) 由NMOS增強型管構成的開關(guan) 電路。

  
  

  
  

  NMOS的特性，Vgs大於(yu) 一定的值就會(hui) 導通，適合用於(yu) 源極接地時的情況（低端驅動），隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

   

  PMOS的特性，Vgs小於(yu) 一定的值就會(hui) 導通，適合用於(yu) 源極接VCC時的情況（高端驅動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由於(yu) 導通電阻大，價(jia) 格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。

   

  MOS管的作用：

   

  1、可應用於(yu) 放大電路。由於(yu) MOS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。常用於(yu) 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、可以用作電子開關(guan) 。

   

  MOS管為(wei) 壓控元件，你隻要加到它的壓控元件所需電壓就能使它導通，它的導通就像三極管在飽和狀態一樣，導通結的壓降最小。這就是常說的精典是開關(guan) 作用。去掉這個(ge) 控製電壓經就截止。

   

  我們(men) 知道MOS管對於(yu) 整個(ge) 供電係統起著穩壓的作用，但是MOS管不能單獨使用，它必須和電感線圈、電容等共同組成的濾波穩壓電路，才能發揮充分它的優(you) 勢。

   

  主板上的PWM（Plus Width Modulator，脈衝(chong) 寬度調製器）芯片產(chan) 生一個(ge) 寬度可調的脈衝(chong) 波形，這樣可以使兩(liang) 隻MOS管輪流導通。當負載兩(liang) 端的電壓（如CPU需要的電壓）要降低時，這時MOS管的開關(guan) 作用開始生效，外部電源對電感進行充電並達到所需的額定電壓。當負載兩(liang) 端的電壓升高時，通過MOS管的開關(guan) 作用，外部電源供電斷開，電感釋放出剛才充入的能量，這時的電感就變成了“電源”，繼續對負載供電。隨著電感上存儲(chu) 能量的不斷消耗，負載兩(liang) 端的電壓又開始逐漸降低，外部電源通過MOS管的開關(guan) 作用又要充電。這樣循環不斷地進行充電和放電的過程，從(cong) 而形成一種穩定的電壓，永遠使負載兩(liang) 端的電壓不會(hui) 升高也不會(hui) 降低。

  
  

  
  

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