什么是MOS管？MOS管的功能和特點(diǎn)又是什么呢?

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2022-03-17 09:23:34 5

什么是 MOS管？ MOS管的功能和特點(diǎn)又是什么呢?

??MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常簡(jiǎn)稱為場(chǎng)效應(yīng)管，是一種基于場(chǎng)效應(yīng)原理工作的半導(dǎo)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(dòng)態(tài)范圍大、功耗低、易于集成等特點(diǎn)，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

??場(chǎng)效應(yīng)管

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

??柵極場(chǎng)效應(yīng)管又稱金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱MOSFET，分為耗盡型MOS晶體管和增強(qiáng)型MOS晶體管。

??場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為單柵極晶體管和雙柵極晶體管。雙柵場(chǎng)效應(yīng)管有兩個(gè)獨(dú)立的柵極G1和G2，結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于兩個(gè)串聯(lián)的單柵場(chǎng)效應(yīng)管，其輸出電流的變化由兩個(gè)柵極電壓控制。雙柵場(chǎng)效應(yīng)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(shí)將帶來(lái)極大的便利。

1. MOS管種類和結(jié)構(gòu)

??MOSFET晶體管是FET的一種(另一種是JFET)，可以做成增強(qiáng)型或耗盡型、P型溝道或N型溝道，但理論應(yīng)用只需要增強(qiáng)型N型溝道MOS晶體管和增強(qiáng)型P型溝道MOS晶體管，所以通常會(huì)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(gè)增強(qiáng)型MOS晶體管，常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻低，容易制造。因此，在開關(guān)電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，通常使用NMOS。在接下來(lái)的介紹中，NMOS也是主要的一位。MOS晶體管的三個(gè)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(dòng)電路的設(shè)計(jì)或選擇變得更加容易，但是沒(méi)有辦法避免，后面會(huì)詳細(xì)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(gè)寄生二極管。這個(gè) 二極管在驅(qū)動(dòng)合理負(fù)載時(shí)非常重要。順便說(shuō)一下，體二極管只存在于單個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管中，這通常在集成電路芯片中找不到。

??2. MOS管導(dǎo)通特性

??導(dǎo)通的意思是，作為一個(gè)開關(guān)，它相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS的特點(diǎn)，當(dāng)Vgs大于一定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通，適用于源極接地(低端驅(qū)動(dòng))的情況，只要柵極電壓達(dá)到4V或10V即可。PMOS的特性，當(dāng)Vgs小于一定值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通，適合源接VCC(高端驅(qū)動(dòng))的情況。然而，雖然PMOS可以很容易地用作高端驅(qū)動(dòng)器，但由于導(dǎo)通，的高電阻、高價(jià)格和交流類型少，NMOS通常用于高端驅(qū)動(dòng)器。3.金屬氧化物半導(dǎo)體開關(guān)管

??3.MOS開關(guān)管

??無(wú)論損耗是NMOS還是PMOS，在導(dǎo)通，之后都有一個(gè)導(dǎo)通電阻，所以電流會(huì)消耗這個(gè)電阻上的能量，這就是所謂的導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS晶體管，降低導(dǎo)通損耗。通常的低功率MOS 管導(dǎo)通電阻通常在幾十毫歐左右，幾毫歐也有一些在導(dǎo)通和截止的時(shí)候，MOS一定不是瞬間完成的。MOS兩端的電壓有下降的過(guò)程，電流有上升的過(guò)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(guān)損耗。通常，開關(guān)損耗遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗，開關(guān)頻率越快，損耗越大。導(dǎo)通瞬時(shí)電壓和電流的乘積很大，由此造成的損耗也很大?？s短開關(guān)時(shí)間可以減少每個(gè)導(dǎo)通時(shí)；的損耗降低開關(guān)頻率可以減少單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種方法都可以降低開關(guān)損耗。

??4. MOS管驅(qū)動(dòng)

??與雙極晶體管相比，一般認(rèn)為MOS 管導(dǎo)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(gòu)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(dòng)是電容的充放電。需要電流給電容器充電。因?yàn)殡娙萜髟诔潆姷乃查g可以看作短路，瞬間的電流會(huì)比較大。

在選擇/設(shè)計(jì)MOS晶體管驅(qū)動(dòng)器時(shí)，首先要注意的是瞬時(shí)短路電流的大小。第二個(gè)注意事項(xiàng)是高端驅(qū)動(dòng)常用的NMOS要求導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓大于源極電壓另一方面高端驅(qū)動(dòng)MOS 管導(dǎo)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(shè)在同一系統(tǒng)中，為了獲得比VCC更大的電壓，需要一個(gè)特殊的升壓電路。許多電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與電荷泵集成在一起。應(yīng)該注意的是，應(yīng)該選擇合適的外部電容，以獲得足夠的短路電流來(lái)驅(qū)動(dòng)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。上面提到的4V或10V是常用MOS晶體管的導(dǎo)通電壓，所以設(shè)計(jì)上當(dāng)然有一定的余量。此外，電壓越高，導(dǎo)通速度越快，導(dǎo)通電阻越小。不同品類總有導(dǎo)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(dǎo)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(dāng)柵極電流IG從零開始急劇增加的過(guò)程中，柵源電壓增加，這就是所謂的柵源擊穿電壓BVGS。

??2.導(dǎo)通電壓VT-導(dǎo)通電壓(也稱閾值電壓):使源極S和漏極D之間的始端構(gòu)成導(dǎo)通的溝道；-標(biāo)準(zhǔn)N 溝道MOS晶體管所需的柵極電壓，VT約為3 ~ 6V-經(jīng)過(guò)工藝改進(jìn)，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(qiáng)型)，VDS當(dāng)ID開始急劇增加的過(guò)程中漏源電壓中被稱為漏源擊穿電壓BVDS-ID。增長(zhǎng)有兩個(gè)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(zhǎng)度較短，時(shí)不時(shí)增加VDS會(huì)使漏區(qū)耗盡層時(shí)不時(shí)向源區(qū)延伸，使溝道長(zhǎng)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(chǎng)直接吸收，并到達(dá)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(shí)用流經(jīng)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管柵極RGS的柵極電流來(lái)表示，很容易超過(guò)1010。

??5.低頻跨導(dǎo)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(dǎo)——GM反映柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力——它是表征MOS晶體管放大能力的一個(gè)重要參數(shù)——通常在幾到幾mA/V的范圍內(nèi)。

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