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MOS管工作原理,就是這么簡單

1. MOS管工作原理--MOS管簡介

MOS管,即在集成電路中絕緣性場效應管。MOS英文全稱為Metal-Oxide-Semiconductor即金屬-氧化物-半導體,確切的說,這個名字描述了集成電路中MOS管的結構,即:在一定結構的半導體器件上,加上二氧化硅和金屬,形成柵極。MOS管的source和drain是可以對調的,都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能,這樣的器件被認為是對稱的。

2. MOS管工作原理--Mos管的結構特點

MOS管的內部結構如下圖所示;其導通時只有一種極性的載流子(多子)參與導電,是單極型晶體管。導電機理與小功率MOS管相同,但結構上有較大區別,小功率MOS管是橫向導電器件,功率MOSFET大都采用垂直導電結構,又稱為VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。

其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層,因此具有很高的輸入電阻,該管導通時在兩個高濃度n擴散區間形成n型導電溝道。n溝道增強型MOS管必須在柵極上施加正向偏壓,且只有柵源電壓大于閾值電壓時才有導電溝道產生的n溝道MOS管。n溝道耗盡型MOS管是指在不加柵壓(柵源電壓為零)時,就有導電溝道產生的n溝道MOS管。

3. MOS管工作原理--MOS管的特性

3.1MOS管的輸入、輸出特性

對于共源極接法的電路,源極和襯底之間被二氧化硅絕緣層隔離,所以柵極電流為0。

圖(a)為共源極接法的電路,輸出特性曲線如右圖所示。

當VGS

3.2MOS管的導通特性

MOS管作為開關元件,同樣是工作在截止或導通兩種狀態。由于MOS管是電壓控制元件,所以主要由柵源電壓uGS決定其工作狀態。下面以NMOS管為例介紹其特性。

圖 (a)為由NMOS增強型管構成的開關電路。

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。

4. MOS管工作原理

MOS管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應管)它是利用VGS來控制“感應電荷”的多少,以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況,然后達到控制漏極電流的目的。在制造管子時,通過工藝使絕緣層中出現大量正離子,故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷,這些負電荷把高滲雜質的N區接通,形成了導電溝道,即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時,溝道內被感應的電荷量也改變,導電溝道的寬窄也隨之而變,因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

知識延伸

MOS管的分類

按溝道材料型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種;按導電方式:MOS管又分耗盡型與增強型,所以MOS場效應晶體管分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。

MOS管應用

MOS管最顯著的特性是開關特性好,所以被廣泛應用在需要電子開關的電路中,常見的如開關電源和馬達驅動,也有照明調光。而且由MOS管構成的CMOS傳感器為相機提供了越來越高的畫質,成就了更多的“攝影家”。

MOS管工作原理—參考資料

1、MOS管的開關損耗-反激式分析

描述:利用反激式分析MOS管的開關損耗

2、MOSFET的工作原理

描述:功率MOSFET的結構和工作原理

3、MOS、三極管用作開關時的區別聯系

描述:MOS管、三極管用作開關時的區別聯系

關鍵詞: 工作原理 MOS管工作原理

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