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.

2、 4.ID（导通电流）136. 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

3、2012.2. 防反接用2012.3. 作电平转换用2112.4. 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LL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-S

4、emiconductor Field-Effect Transistor, M0SFET)o 一般是金属(metal)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(insulator)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。L 2.什么是场效应管？场效应晶体管(Field EffectTransistor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

5、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(juncTIon FET-JFET)(不是本文讨论范围2、金属-氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,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V

6、gs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PMOS,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. 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

7、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

8、 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

9、(增强型N沟道为例)：在这里插入图片描述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(SemiCOndUCtor)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PN MoS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

10、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I1八鼠1BlWilIIlil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

11、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

12、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II04 VdsAVgs-Vgm)恒流区m放大b)vgs=5V& -1.1.；Ys4V 阳广；KVgs=3VV6s=2.5VI Vgm .vos-L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), K VDSVGS-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

13、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Vgso

14、n=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