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MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应晶体管中的绝缘栅型。MOS管是场效应管的一种。在一般电子电路中,MOS管通常被用于放大电路或开关电路。
MOS管分耗尽型和增强型的,区别在于耗尽型是常闭,加电压时截止,而增强型是常开,加电压时导通。
日常我们看到的NMOS、PMOS多为增强型MOS管;其中,PMOS可以很方便地用作高端驱动。不过PMOS由于存在导通电阻大、价格贵、替换种类少等问题,在高端驱动中,通常还是使用NMOS替代,这也是市面上无论是应用还是产品种类,增强型NMOS管最为常见的重要原因,尤其在开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS管。(不用耗尽型是因为当设备开机时可能会误触发MOS管,导致整机失效;不易被控制,使得其应用极少。)
MOS管为压控元件,你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通,它的导通就像三极管在饱和状态一样,导通结的压降最小.这就是常说的精典是开关作用.去掉这个控制电压经就截止。 场效应管栅极G、漏级D、源级S对应三极管基极B,集电极C,发射极E;
三个管脚: G极(gate)—栅极,不用说比较好认 S极(source)—源极,不论是P沟道还是N沟道,两根线相交的就是 D极(drain)—漏极,不论是P沟道还是N沟道,是单独引线的那边
N沟道与P沟道: 箭头指向G极的是N沟道 箭头背向G极的是P沟道
寄生二极管方向: 不论N沟道还是P沟道MOS管,中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的:要么都由S指向D,要么都有D指向S
以N沟道增强型MOS管为例 1、如下图所示:将两端N型半导体通过金属引出,在接上电流,可以发现整个回路不导通,因为在回路中有两个反向相反的PN结。
2、为了让其导通,在P型半导体区加上一层很薄的二氧化硅绝缘层,在绝缘层上再加一片金属板形成栅极,如下图所示:
3、把栅极也接上电,这样栅极就有电场,就能把P区的电子吸引过来,把空穴排斥走,电压越大,吸引过来的电子数量就越多。
4、如下图所示,当自由电子吸引的足够多时,栅源极之间的电压UGS达到了开启电压UGS(th),就形成了N沟道,所谓N沟道就是由电子形成的沟道,这样就实现在栅极施加电压之后,MOS就导通的原理。没有电压,MOS管就截止了。
MOS管的三种工作状态
关断电压VP 、极限参数、最大漏级电流Idm 、最大功耗Pdm 。
MOS管主要参数: 1、开启电压VGS(TH)(增强型MOS管的参数) 开启电压(又称阈值电压):使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压; 标准的N沟道MOS管,VGS(TH)约为3~6V; 通过工艺上的改进,可以使MOS管的VGS(TH)值降到2~3V。
2、夹断电压VGS(off)(是结型场效应管和耗尽型MOS管的参数) 与VGS(TH)相类似,VGS(off)是在UDS为常量情况下iD为规定的微小电流(如5μA)时的UGS。
3、最大漏极电流IDM: IDM是管子正常工作时漏极电流的上限值。
4、击穿电压: 管子进入恒流区后,使iDS骤然增大的UDS称为漏-源击穿电压U(BR)DS,UDS超过此值会使管子损坏。 对结型场效应管,使栅极与沟道间PN结反向击穿的UGS为栅-源击穿电压U(BR)GS; 对绝缘栅型场效应管,使绝缘层击穿的UGS为栅-源击穿电压U(BR)GS。
5、最大耗散功率PDM: PDM决定于管子允许的温升。PDM确定后,便可在管子的输出特性上画出临界最大功耗线;再根据IDM和U(BR)DS,便可得到管子的安全工作区。
对于MOS管,栅一衬之间的电容容量很小,只要有少量的感应电荷就可产生很高的电压。而由于RGS(DC)很大,感应电荷难于释放,以至于感应电荷所产生的高压会使很薄的绝缘层击穿,造成管子的损坏。因此,无论是在存放还是在工作电路中,都应为栅-源之间提供直流通路,避免栅极悬空;同时在焊接时,要将电烙铁良好接地。
6、直流输入电阻RGS 即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比 这一特性有时以流过栅极的栅流表示 MOS管的RGS可以很容易地超过10^10Ω。
7、低频跨导gm 在VDS为某一固定数值的条件下 ,漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导 gm反映了栅源电压对漏极电流的控制能力 是表征MOS管放大能力的一个重要参数 一般在十分之几至几mA/V的范围内
8、导通电阻RON 导通电阻RON说明了VDS对ID的影响 ,是漏极特性某一点切线的斜率的倒数 在饱和区,ID几乎不随VDS改变,RON的数值很大 ,一般在几十千欧到几百千欧之间 由于在数字电路中 ,MOS管导通时经常工作在VDS=0的状态下,所以这时的导通电阻RON可用原点的RON来近似 对一般的MOS管而言,RON的数值在几百欧以内
9、极间电容 三个电极之间都存在着极间电容:栅源电容CGS 、栅漏电容CGD和漏源电容CDS CGS和CGD约为1~3pF CDS约在/