MOS管工作原理知識普及

MOS管作為半導體行業(yè)最基本的元器件之一，在電子線路中，MOS管一般被用以功率放大電路或開關電源電路而被廣泛運用。下面冠華偉業(yè)就有關于MOS管工作原理為您詳細解讀，來進行MOSFET內(nèi)部結構分析。

何為MOS管

MOS管有的時候也稱作絕緣柵場效應管，因為它歸屬于場效應管中的絕緣柵型，全名是金屬—氧化物—半導體場效應晶體管或稱金屬—絕緣體—半導體場效應晶體管，英文名為metaloxidesemiconductor(MOSFET).是1種能夠普遍應用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管。依據(jù)其“通道”（工作載流子）的極性差異，可分成“N型”與“P型”的兩個類型，也就是常說的NMOS、PMOS。

MOS管

MOS管工作原理

MOS管根據(jù)工作方式又可以劃分增強型和耗盡型，增強型指的是MOS管并沒有加偏置電壓時，并沒有導電溝道，耗盡型則指的是MOS管并沒有加偏置電壓時，就會有導電溝道出現(xiàn)。在實際的運用中，也只有N溝道增強型和P溝道增強型的MOS管，鑒于NMOS管導通內(nèi)阻小，且易于生產(chǎn)制造，因此在實際的運用中NMOS要比PMOS要更常見些。

增強型MOS管的漏極D和源極S兩者之間有兩個背對背的PN結。當柵-源電壓VGS=0時，即便再加上漏-源電壓VDS，總有個PN結處在反偏的狀態(tài)，漏-源極間并沒有導電溝道（并沒有電流流過），因此這時候漏極電流ID=0。

這時若在柵-源極間再加正向電壓，即VGS＞0，則柵極和硅襯底兩者之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生1個柵極對準P型硅襯底的電場，因為氧化物層是絕緣性的，柵極所加電壓VGS不能產(chǎn)生電流，氧化物層的兩側就產(chǎn)生了1個電容，VGS等效電路是對這一個電容（電容器）充電，并產(chǎn)生1個電場，伴隨著VGS慢慢上升，受柵極正電壓的吸引，在這個電容（電容器）的另一側就集聚大量的電子并產(chǎn)生了1個從漏極到源極的N型導電溝道，當VGS超過管子的開啟電壓VT（一般約為2V）時，N溝道管剛開始導通，產(chǎn)生漏極電流ID，我們把剛開始產(chǎn)生溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓，一般用VT表示。操控柵極電壓VGS的大小轉變了電場的強與弱，就可以實現(xiàn)操控漏極電流ID的大小的效果，這也是MOS管用電場來操控電流的1個重要特點，因此也將之稱為場效應管。

MOSFET內(nèi)部結構

在一片夾雜濃度值較低的P型硅襯底上，制做倆個高夾雜濃度值的N+區(qū)，并且用金屬鋁引出來倆個電極，各自作漏極d和源極s。隨后在半導體表層覆蓋一層極薄的二氧化硅(SiO2)絕緣層，在漏——源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極,當做柵極g。在襯底上也引出來一個電極B，這就形成了一個N溝道增強型MOS管。P溝道增強型的MOS管內(nèi)部形成也是同樣的道理。

MOS管的電路符號

上圖為MOS管的電路符號，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是 P溝道的MOS管。

MOS管的電路符號

實際上在MOS管生產(chǎn)制造的環(huán)節(jié)中襯底在出廠前就和源極相互連接，故而在符號的準則中，代表襯底的箭頭符號也務必和源極相互連接，以區(qū)分漏極和源極。MOS管運用電壓的極性與我們傳統(tǒng)的晶體三極管相似，N溝道類似于NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負極，柵極G正電壓時導電溝道形成，N溝道MOS管則開始工作。相同地，P道的類似于PNP晶體三極管，漏極D接負極，源極S接正極，柵極G負電壓時，導電溝道形成，P溝道MOS管開始工作。

MOS管開關損耗原理

無論是NMOS或是PMOS，導通后均有導通內(nèi)阻產(chǎn)生，這樣一來電流便會在這個內(nèi)阻上消耗能量，這一部分消耗的能量稱作導通消耗。選取導通內(nèi)阻小的MOS管會有效降低導通消耗。目前的小功率MOS管導通內(nèi)阻一般而言在幾十毫歐左右，幾毫歐的也是有。

MOS在導通和終止的時候，必定不是在一瞬間實現(xiàn)的。MOS兩邊的電壓會有一個有效降低的環(huán)節(jié)，流經(jīng)的電流會有一個上升的環(huán)節(jié)，在這段時間內(nèi)，MOS管的損耗是電壓和電流的乘積，也就是開關損耗。一般而言開關損耗比導通損耗大上許多，并且開關頻率越快，損耗也越大。

MOS管開關損耗原理圖

導通的瞬間電壓和電流的乘積很大，導致的損耗也就很大。通過兩種方式可以降低開關損耗，一是縮減開關時間，能夠有效降低每回導通時的損耗;二是降低開關頻率，能夠減少單位時間內(nèi)的開關次數(shù)。

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