一文彻底掌握MOS管.docx

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1、一文彻底掌握MOS管目录前言21.场效应管和MOS管21. 1.什么是MoS管？21.2. 什么是场效应管？32. MoS管分类33. MoS管原理43.1.MOS管的制造53.2.MoS管命名由来53. 3.MOS管图标由来64. 4.MoS管原理简析75. 5.MoS管输出特性曲线86. 6.MOS管转移特性曲线97. 为什么介绍MOS管的文章都以NMoS举例？108. MOS管特点109. Mc）S管参数116.1.MoS管参数详解126.1.1.VGS（th）（开启电压）126.1.2.VGS（最大栅源电压）136.1.3.RDS（On）（漏源电阻）136.1.4.ID（导通电流）13

2、6.1.5.VDSS（漏源击穿电压）136.1.6.gfs（跨导）136.1.7.充电参数136.2.MOS管的寄生电容146. 3.米勒电容157.为什么常在MoS管GS并联电阻？167. 1.总结一下：168. 为什么要在MoS管G级串联电阻？178.1. 还是在上面的示例图，R2,就是G级的串联电阻。这个电阻有什么作用呢？179. MOS管的封装179.1.SOT-23189.2.SOT-223189. 3.TO-2521810. 4.T0-220220F1911. MoS管判别1912. MoS管应用2012.1. 作开关管用2012.2. 防反接用2012.3. 作电平转换用2112

3、.4. 弥勒平台用于缓启电路21前言虽然我把MoS管归结为基础知识一大类，但是迟迟没有更新，正好最近博客专栏电路小课堂分享总结的一些电路还比较受欢迎，而其中MOS管都是关键元器件，那么正好借此机会来好好的理一理MoS管。既然要说，那就给他整到位了，从原理到应用一网打尽。开局一张图(内容用心写!)：S极S极D极D极csb；1. 场效应管和MOS管11什么是MOS管?这种基本的名词解释还是得用官方的话语说明一下：MOS,是MOSFET的缩写。MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(MetaI-Oxide-SemiconductorFie1d-EffectTransistor

4、,M0SFET)o一般是金属(meta1)一氧化物(oxide)一半导体(SemiCOndUCtOr)场效应晶体管，或者称是金属一绝缘体(insu1ator)一半导体。记住MOS管有三个引脚名称：G：gate栅极;S：source源极;D：drain漏极。我们经常提到场效应管，MOS管是什么关系呢？MOS管属于场效应管。12.什么是场效应管？场效应晶体管(Fie1dEffectTransistor缩写(FET)简称场效应管。它是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。场效应管属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高、噪

5、声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。场效应管主要有两种类型：1、结型场效应管(juncTIonFET-JFET)(不是本文讨论范围2、金属-氧化物半导体场效应管(meta1-oxidesemiconductorFET,简称MOS-FET)(本文的主角)。2. MOS管分类按沟道分类，场效应管分为PMOS管(P沟道型)和NMOS(N沟道型)管。按材料分类，可以分为分为耗尽型和增强型：增强型管：栅极源极电压Vgs为零时漏极电流也为零;耗尽型管：栅极源极电压Vgs为零时漏极电流不为零。其实归纳一下，就4种类型的MoS管：增强型PMOS,增强型NMOS,耗尽型P

6、MOS,耗尽型NMOS0在实际应用中，以增强型NMOS和增强型PMOS为主。所以通常提到NMOS和PMOS指的就是这两种。结合下图与上面的内容也能解释为什么实际应用以增强型为主，主要还是电压为。的时候，D极和S极能否导通的问题下图列出了四种MOS管的比较：四种Me)S管比较:3.4. MOS管原理本文MOS管的原理说明以增强型NMOS为例。了解MOS管的工作原理，能够让我们能更好的运用MOS管，而不是死记怎么用。为了理解MOS管的基本原理，首先要知道更基础的N型半导体和P型半导体。N型半导体N型半导体也称为电子型半导体。N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体。播报特点半导体中有两种

7、载流子，即价带中的空穴和导帝中的电子,以电子导电当主的半导体I称之为N型半导体，与之相对的n穴导电为主的半导伪称嘉质半导氏1“n”表示负电的意思，取自英文NegatiVe的第一母.在这类半导体中，参与导电的(即导电载的主要是带负电的电子，这些电子来自半导体中的施主.凡掺有施主杂质或施主数量多于受主的半导体都是N型半导体.例如，含有适量五价元素碑、威睇等的褚或硅等半导体.由于N型半导体中正电荷量与负电荷量相等，故N型半导体呈电T性.自由电子主要由杂质原子提供，空R播胡鹿沼;湃入的杂质越多，多子(目由电子)的浓度就越高，导电性能就越或CSD,&衿注标数P型半导体P型半导体又称空穴型半导体，是以带正

8、电的空穴导电为主的半导体。在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。掺入的杂质越多，多子(空穴)的浓度就越高。3.1.MoS管的制造MOS管是怎么制造的以P型半导体为衬底，在一个低掺杂容度的P型半导体上，通过扩散技术做出来2块高掺杂容度的N型半导体，引出去分别作为源级(S)和漏极(D)。P型衬底在MoS管内部是和源级(S)相连。在P型衬底和两个N型半导体之间加一层二氧化硅(SiOZ)绝缘膜，然后通过多晶硅引出引脚组成栅极(G)。组成结构如下图(增强型N沟道为例)：3.2.MOS管命名由来我们前面说过MoS管全名为：金属(Meta1)一氧化物(Oxide)一半导体(SemiCO

9、ndUCtor)场效应晶体管，为什么会叫这个名字，我们通过上面的组成结构用图来说明：金属氧化物半导体场效应晶体管金属铝被普遍用作绝缘膜PNMoS管MOS的首行材料氧化物转体后来多晶硅被认为3.3.MOS管图标由来在前言部分我们就给出了MOS管的电路图标，那么我们还是通过MOS管组成结构来说明:P型衬底在MOS管内部是和源级（S）相连。随意有一段是连接起来的，第TP分。P型衬底与左边（上图示例）的N型半导体连接起来，但是与右边形成了一个PN节，就是一个二极管，也就是寄生二极管，这也是为什么MOS管都会有一个寄生二极管。3个引脚，分别对应S（源极），G（栅极）,D（雅）。we绝僦，悻图标中间别I1

10、八鼠1B1Wi1II1i1最后需要说明一个重要的点，NMOS管中间的箭头为什么是向里面的，箭头代表了电子移动的方向！NMOS箭头指向绝缘膜,代表了NMOS中P型衬底电子流动的方向。在下面原理部分会说明。c3.4.MOS管原理简析MOS管结构原理图解:衬底B源极S控制棚G漏极D,VgS给电压多晶畦S1O2绝缘膜在GS上施加电压：在绝缘层上会产生一电场，排斥P区多子空穴而吸引少子电子，将电子吸引至绝缘层边缘，N型半导体体内多数是电子，另陷电子聚居形成反型层（靠近绝缘层附近的那部分P型半导体变成N型”）,使得源极S和漏极D之间导通，因为有了电子在电场的作用下就会形成电流。所以VdS有电压的话，就能够

11、形成电流，就是IdCSDM&衿勰海Vgs电压的强弱决定了反型层的厚薄！而反型层的厚薄决定了MoS管内阻的大小！内阻的大小决定了D和S之间经过电流的大小！3.5.MoS管输出特性曲线对于N沟道增强型的MOS管，当VgsVgs（th）时，MOS就会开始导通，如果在D极和S极之间加上一定的电压，就会有电流Id产生。在一定的VdS下，D极电流Id的大小是与G极电压VgS有关的。我们先来看一下MOS管的输出特性曲线，MoS管的输出特性可以分为三个区：夹断区（截止区）、恒流区、可变电阻区。,出特性触II04VdsAVgs-Vgm)恒流区m放大b)vgs=5V&-1.1.；Ys4V阳广；KVgs=3VV6s

12、=2.5VIVgm.vos-1班VGSVVGS(th)时，MOS管处于夹断区(截止区)：夹断区在输出特性最下面靠近横坐标的部分，表示MOS管不能导电，处在截止状态。电流ID为0,管子不工作。VGS2VGS(th),KVDSVGS-VGS(th),MOS管进入恒流区：恒流区在输出特性曲线中间的位置，电流ID基本不随VDS变化，ID的大小主要决定于电压VGS,所以叫做恒流区，也叫饱和区，当MoS用来做放大电路时就是工作在恒流区(饱和区卜注：MOS管输出特性的恒流区(饱和区)，相当于三极管的放大区。VGSVGS(th),且VDSVVGS-VGS(th),MOS管进入可变电阻区：可变电阻区在输出特性的

13、最左边，Id随着VdS的增加而上升，两者基本上是线性关系，所以可以看作是一个线性电阻，当VGS不同电阻的阻值就会不同，所以在该区MOS管相当就是一个由VGS控制的可变电阻。击穿区：随着VDS增大，PN结承受太大的反向电压而被击穿。3.6.MOS管转移特性曲线根据MOS管的输出特性曲线，可取得到相应的转移特性曲线。转移特性曲线Vgson=ZVCSDH；源音解反应了MoS管的特性，通过VgS的电压来控制ID（导通电流），压控流型器件！4.为什么介绍MOS管的文章都以NMOS举例？说白了就是NMoS相对PMOS来说：简单点。这个简单点，包括生产难度，实现成本，实现方式等等。对于人类发展而言，肯定是从

14、某个事物简单的的部分开始深入研究发展，教学也是相同的道理，从某个简单部分开始更能够让人入门了解一个事物，然后再步步深入。究其根本原因，简单概括如下：我们通过原理分析可以得知，NMOS是电子的移动，PMOS那就是空穴的移动，空穴的迁移率比电子低，尺寸与电压相等的条件下，PMOS的跨导小于NMOS,形成空穴沟道比电子沟道更难。PMOS的阈值电压教NMOS高，因此需要更高的驱动电压，充放电时间长，开关速度更低。PMoS的导通电阻大，发热大，相对NMoS来说不易通过大电流。所以导致现在的格局：NMoS价格便宜，厂商多，型号多。PMOS价格贵，厂商少，型号少。（相对而言，其实MOS管发展到现在，普通的应

15、用PMOS和NMOS都有大量可方便选择的型号5. MOS管特点1、输入阻抗非常高，因为MoS管栅极有绝缘膜氧化物，甚至可达上亿欧姆，所以他的输入几乎不取电流，可以用作电子开关。2、导通电阻低，可以做到几个毫欧的电阻，极低的传导损耗，。3、开关速度快，开关损耗低，特别适应PWM输出模式。4、在电路设计上的灵活性大，栅偏压可正可负可零，三极管只能在正向偏置下工作，电子管只能在负偏压下工作;4、低功耗、性能稳定、抗辐射能力强，制造成本低廉与使用面积较小、高整合度。5、极强的大电流处理能力，可以方便地用作恒流源。所以现在芯片内部集成的几乎都是MOS管。6、MoS管栅极很容易被静电击穿，栅极输入阻抗大，感应电荷很难释放，高压很