MOS管基本知識(shí),詳細(xì)詳解mos管基本知識(shí)的作用
信息來(lái)源：本站 日期：2017-05-03
MOS管學(xué)名是場(chǎng)效應(yīng)管，是金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)管，英文：MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor），屬于絕緣柵型。本文就結(jié)構(gòu)構(gòu)造、特點(diǎn)、實(shí)用電路等幾個(gè)方面用工程師的話簡(jiǎn)單描述。
表示的是p型mos管，讀者可以依據(jù)此圖理解n型的，都是反過(guò)來(lái)即可。因此，不難理解，n型的如圖在柵極加正壓會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通，而p型的相反。
但在實(shí)際應(yīng)用中，廠家一般在源極和漏極之間連接一個(gè)二極管，起保護(hù)作用，恰是這個(gè)二極管決定了源極和漏極，這樣，封裝也就固定了，便于實(shí)用。我的年青時(shí)用過(guò)不帶二極管的mos管驅(qū)動(dòng)。圖示左右是對(duì)稱的，難免會(huì)有人問怎么區(qū)分源極和漏極呢？實(shí)在原理上，源極和漏極確實(shí)是對(duì)稱的，是不區(qū)分的。非常輕易被靜電擊穿，平時(shí)要放在鐵質(zhì)罐子里，它的源極和漏極就是隨便接。
下面圖中，下邊的p型中間一個(gè)窄長(zhǎng)條就是溝道，使得左右兩塊P型極連在一起，因此mos管導(dǎo)通后是電阻特性，因此它的一個(gè)重要參數(shù)就是導(dǎo)通電阻，選用mos管必需清晰這個(gè)參數(shù)是否符合需求。
相對(duì)于耗盡型，增強(qiáng)型是通過(guò)“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來(lái)導(dǎo)通，如圖。因?yàn)殡妶?chǎng)的強(qiáng)度與間隔平方成正比，因此，電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度之后，電壓下降引起的溝道加厚就不顯著了，也是由于n型負(fù)離子的“退讓”是越來(lái)越難的。
這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放，運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。
mos管也能工作在放大區(qū)，而且很常見。
做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等，都是利用mos管工作在放大區(qū)，因?yàn)閙os管的特性，當(dāng)溝道處于似通非通時(shí)，柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。因?yàn)闁艠O與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無(wú)限大，當(dāng)然，隨頻率增加阻抗就越來(lái)越小，一定頻率時(shí)，就變得不可忽視。這是三極管不可相比的。
主要考慮的發(fā)燒，溫度下降就恢復(fù)。要留意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。第三個(gè)原因是導(dǎo)通后，溝道有電阻，過(guò)主電流，形成發(fā)燒。
很多mos管具有結(jié)溫過(guò)高保護(hù)，所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度，一般是150攝氏度。超過(guò)此溫度，mos管不可能導(dǎo)通。另一個(gè)原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時(shí)，導(dǎo)通狀態(tài)要“途經(jīng)”一個(gè)由封閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn)，這時(shí)，導(dǎo)通電阻很大，發(fā)燒比較厲害。有電流就有發(fā)燒，并非電場(chǎng)型的就沒有電流。
mos管發(fā)燒，主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟封閉時(shí)，顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗，形成電流。
相稱于預(yù)先形成了不能導(dǎo)通的溝道，嚴(yán)格講應(yīng)該是耗盡型了。下圖僅僅是原理性的，實(shí)際的元件增加了源-漏之間跨接的保護(hù)二極管，從而區(qū)分了源極和漏極。實(shí)際的元件，p型的，襯底是接正電源的，使得柵極預(yù)先成為相對(duì)負(fù)電壓，因此p型的管子，柵極不用加負(fù)電壓了，接地就能保證導(dǎo)通。好處是顯著的，應(yīng)用時(shí)拋開了負(fù)電壓。
在直流電氣上，柵極和源漏極是斷路。不難理解，這個(gè)膜越薄：電場(chǎng)作用越好、坎壓越小、相同柵極電壓時(shí)導(dǎo)通能力越強(qiáng)。 壞處是：越輕易擊穿、工藝制作難度越大而價(jià)格越貴。例如導(dǎo)通電阻在歐姆級(jí)的，而2402等在十毫歐級(jí)的，圖中有指示，這個(gè)膜是絕緣的，用來(lái)電氣隔離，使得柵極只能形成電場(chǎng)，不能通過(guò)直流電，因此是用電壓控制的。
下圖的柵極通過(guò)金屬氧化物與襯底形成一個(gè)電容，越是高品質(zhì)的mos，膜越薄，寄生電容越大，經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級(jí)。這個(gè)參數(shù)是mos管選擇時(shí)至關(guān)重要的參數(shù)之一，必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷，經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開關(guān)頻率，在這種用途中，柵極信號(hào)具有交流特征，頻率越高，交流成分越大，寄生電容就能通過(guò)交流電流的形式通過(guò)電流，形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)生的熱量不可忽視，甚至成為主要問題。為了追求高速，需要強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)，也是這個(gè)道理。試想，弱驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間變?yōu)楦唠娖剑菫榱恕肮酀M”寄生電容需要時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生上升沿變緩，對(duì)開關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。
耗盡型的是事先做出一個(gè)導(dǎo)通層，用柵極來(lái)加厚或者減薄來(lái)控制源漏的導(dǎo)通。但這種管子一般不出產(chǎn)，在市道市情基本見不到。柵極電壓越低，則p型源、漏極的正離子就越靠近中間，n襯底的負(fù)離子就越闊別柵極，柵極電壓達(dá)到一個(gè)值，叫閥值或坎壓時(shí)，由p型游離出來(lái)的正離子連在一起，形成通道，就是圖示效果。因此，輕易理解，柵極電壓必需低到一定程度才能導(dǎo)通，電壓越低，通道越厚，導(dǎo)通電阻越小。所以，大家平時(shí)說(shuō)mos管，就默認(rèn)是增強(qiáng)型的。
相對(duì)于耗盡型，增強(qiáng)型是通過(guò)“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來(lái)導(dǎo)通，如圖。因?yàn)殡妶?chǎng)的強(qiáng)度與間隔平方成正比，因此，電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度之后，電壓下降引起的溝道加厚就不顯著了，也是由于n型負(fù)離子的“退讓”是越來(lái)越難的。
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