MOS管(场效应管)

诗人与枪
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场效应品体管( Field Effect Transistor缩写(FET) ,简称场效应管

1. 结型场效应管(junction FET-JFET）

2. 金属氧化物半导体场效应管( metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)

  • 由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管,属于电压控制型半导体器件
  • 与之对应的是由两种裁流子参与导电的双极型晶体管,三极管(BJT) ,属于电流控制型半导体器件

分类：

1. 结型场效应管（JFET）

  1. N沟道
  2. P沟道

2. 绝缘栅型场效应管（金属-氧化物-半导体场效应管 MOSFET）【工作中几乎是使用MOSFET的增强型】

  1. 增强型
    1. N沟道 【内阻一般为几毫欧到几十毫欧】
    2. P沟道 【内阻一般为十几毫欧到三、四百毫欧】
  2. 耗尽型
    1. N沟道
    2. P沟道
  • G极（栅极 Gate）
  • D极（漏极 Drain）
  • S极（源极 Source）

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【可以通过箭头区分P、N型；交叉最多的为S极】

结构图

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MOS-FET 增强型N沟道：

  • 【 衬底B（substrate）】
  • 【N型半导体多数载流子是电子，少数是空穴。P型半导体应该是相反】 image.png

工作：当S极与G极间的电压Vgs，绝缘膜附近形成电场吸附电子，形成反型层【原来是P型半导体，变成了N型半导体】，使得源极与漏极导通。Vgs的强弱决定反形层的厚薄，反型层的厚薄决定内阻的大小，内阻的大小决定漏极和源极电流的大小（当然是在限度内的情况下）

NMOS输出特性曲线图：虚线为预夹断轨迹，交点处Vds变化不会改变Id

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【Id：漏极和源极之间的电流】

【Vds：漏极和源极之间的电压】

【Vgs：漏极和栅极之间的电压】

【Vgs小于Vgs（th）图中夹断区认为是截止状态，还没工作，说是截止区更好理解，夹断区应该在：Vds=Vgs-Vgs（th）？？留个疑问】

1. NMOS

当Vds=0 时进行分析 Vgs > Vgs(th): NMOS管开始形成沟道，沟道内部的载流子是电子（由于电压形成电场，吸附P衬底的电子形成沟道）
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【红色的为耗尽层，内部没有电子】

【当Vgs变大，那么沟道也会变大，D、S之间的电阻也会变化】

2. PMOS

Vgs < Vgs(th)：PMOS管开始形成沟道，沟道内部的载流子是空穴（由于电压形成电场，排斥N衬底的电子形成沟道） image.png

【Vgs（th）：是MOS管形成沟道的临界电压（开启电压）】

{总体来说PMOS比NMOS的内阻大，因为PMOS管的空穴迁移率低，尺寸与电压相等的条件下，PMOS的跨导小于NOMS，形成空穴沟道比电子沟道更难；PMOS的阀值电压较NMIOS高，因此需要更高的驱动电压，充放电时间长，开关速度便低；空穴的移动比电子移动更难，所以PMOS导通电阻大，发热大，不易导通大电流}

【插个小知识：虽然电流速度快，电子的移动速度其实比蜗牛爬的还慢】

以NMOS为例，在可变电阻区，当Vgs > Vgs(th)且Vgs恒定 & Vds < Vgs-Vgs（th）时，随Vds开始增加，Vdg的电压变小，场强变弱，此处的沟道变小，造成沟道不对称，穿过的电流也发生变化

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以NMOS为例，预夹断临界点， 当Vgs > Vgs(th)且Vgs恒定 & Vds = Vgs-Vgs（th）时【输出特性曲线图中虚线交点】，右侧沟道消失。

【虚线称为预夹断曲线，在预夹断曲线之前Vds会影响Id的大小】

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预夹断之后任然是有电流通过，因为耗尽区（空间电荷区）内部是没有电子的，电子可以通过（图中红色部分）

以NMOS为例， 到恒流区（也叫放大区\饱和区），当Vgs > Vgs(th)且Vgs恒定 & Vds > Vgs-Vgs（th）时, 夹断区开始左移耗尽区继续增加，此时Vds增加，电流 Ids 不会发生变化。

【此时Ids大小取决于Vgs】 Vds的部分电压抵消夹断区的增加会产生电阻所以之后电流不再发生变化，此时只能通过Vgs

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理解夹断了还能导通：

  1. 图

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  1. 图 2.png

  2. 图 3.png

电路接法：

1. NMOS接法分析

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【NMOS管如果接成上管的话G极需要的电压一定比VCC大，一般不会这么接，下管的话G极给高电平导通，低电平截止，不需要考虑那么多方便控制】中括号的说法不太严谨，简单地说就是NMOS上管接法会对Vgd的电压差照成影响

2. PMOS接法分析

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【PMOS管如果接成下管的话G极需要的电压需要为负的才能控制，所以不能这么接，上管的话G极给低电平导通，高电平截止】中括号的说法不太严谨，简单地说就是PMOS下管接法会对Vgd的电压差照成影响

使用过SOT23封装的

MOS管比较广泛的用途

  • 电路主电源开关,完全切断,低功耗省电。
  • 大功率负载供电开关,如:电机,太阳能电池充电放电,电动车电池充电
  • 逆变器SPWM波升压部分功率电路
  • 功放,音响的功率线性放大电路
  • 数字电路中用于电平信号转换
  • 开关电源中,高频大功率状态
  • 用于LED灯的恒流驱动电路
  • 汽车、电力、通信、工业控制、家用电器等

厂商： 美系:英飞凌(Infineon), IR((nternational Rectifien)【被英飞凌收购】,威世, ST , AOS,安森美,仙童【被安森美收购】, TI , P等;

日系:东芝,瑞萨, ROHM罗姆等;

韩系:美格纳, KEC , AUK,森名浩,信安, KIA;

国产台系: ANPEC , CET,友顾UTC;

国产：吉林华微电子股份有限公司，扬州扬杰电子科技股份有限公司

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