電子工程師都應該掌握的MOS管知識

2020-12-05 電子工程專輯


MOS管對於電子工程師來說是一種必須掌握的元器件，在現實應用中也比較常見，那麼，關於MOS管你了解多少，下面就給大家詳細介紹一下。



MOS管是金屬 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半導體 (semiconductor) 場效應電晶體，或者稱是金屬 — 絕緣體 (insulator) — 半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。 在多數情況下，這個兩個區是一樣的，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。
雙極型電晶體把輸入端電流的微小變化放大後，在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型電晶體的增益就定義為輸出輸入電流之比 (beta) 。另一種電晶體叫做場效應管 (FET) ，把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。FET的增益等於它的transconductance， 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道，而P溝道常見的為低壓MOS管。
場效應管通過投影一個電場在一個絕緣層上來影響流過電晶體的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體，所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化矽來作為GATE極下的絕緣體。這種電晶體稱為金屬氧化物半導體 (MOS) 電晶體，或金屬氧化物半導體場效應管 (MOSFET) 。因為MOS管更小更省電，所以他們已經在很多應用場合取代了雙極型電晶體。


  • 可應用於放大，由於場效應管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器

  • 很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換，常用於多級放大器的輸入級作阻抗變換

  • 可以用作可變電阻

  • 可以方便地用作恆流源

  • 可以用作電子開關

  • 在電路設計上的靈活性大，柵偏壓可正可負可零，三極體只能在正向偏置下工作，電子管只能在負偏壓下工作；另外輸入阻抗高，可以減輕信號源負載，易於跟前級匹配


結構和符號 (以N溝道增強型為例)  ——  在一塊濃度較低的P型矽上擴散兩個濃度較高的N型區作為漏極和源極，半導體表面覆蓋二氧化矽絕緣層並引出一個電極作為柵極。





  • VGS＞0時，在Sio2介質中產生一個垂直於半導體表面的電場，排斥P區多子空穴而吸引少子電子。當VGS達到一定值時P區表面將形成反型層把兩側的N區溝通，形成導電溝道

  • VGS＞0 → g吸引電子 → 反型層 → 導電溝道

  • VGS↑ → 反型層變厚 → VDS↑ → ID↑



  • VGS 》0且VDS增大到一定值後，靠近漏極的溝道被夾斷，形成夾斷區。



mos管的三個極分別是：G（柵極），D（漏極）s（源及），要求柵極和源及之間電壓大於某一特定值，漏極和源及才能導通。


MOS驅動器主要起波形整形和加強驅動的作用：假如MOS管的G信號波形不夠陡峭，在點評切換階段會造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉換效率，MOS管發燒嚴峻，易熱損壞MOS管GS間存在一定電容，假如G信號驅動能力不夠，將嚴峻影響波形跳變的時間。
將G-S極短路，選擇萬用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應為幾歐至十幾歐。若發現某腳與其字兩腳的電阻均呈無限大，並且交換表筆後仍為無限大，則證實此腳為G極，由於它和另外兩個管腳是絕緣的。
將萬用表撥至R×1k檔分別丈量三個管腳之間的電阻。用交換表筆法測兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時黑表筆的是S極，紅表筆接D極。因為測試前提不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。
在源-漏之間有一個PN結，因此根據PN結正、反向電阻存在差異，可識別S極與D極。例如用500型萬用表R×1檔實測一隻IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大於0.58W（典型值）。
MOS管的檢測主要是判斷MOS管漏電、短路、斷路、放大。 假如有阻值沒被測，MOS管有漏電現象，具體步驟如下：

  1. 把連接柵極和源極的電阻移開，萬用表紅黑筆不變，假如移開電阻後錶針慢慢逐步退回到高阻或無限大，則MOS管漏電，不變則完好。

  2. 然後一根導線把MOS管的柵極和源極連接起來，假如指針立刻返回無限大，則MOS完好。

  3. 把紅筆接到MOS的源極S上，黑筆接到MOS管的漏極上，好的錶針指示應該是無限大。

  4. 用一隻100KΩ－200KΩ的電阻連在柵極和漏極上，然後把紅筆接到MOS的源極S上，黑筆接到MOS管的漏極上，這時錶針指示的值一般是0，這時是下電荷通過這個電阻對MOS管的柵極充電，產生柵極電場，因為電場產生導致導電溝道致使漏極和源極導通，故萬用表指針偏轉，偏轉的角度大，放電性越好。




圖中Q27是N溝道MOS管，U22A的1腳輸出高電平時Q27導通，將VCC—DDR內存電壓降壓，得到1.2V—HT總線供電，而U22A的1腳輸出低電平時Q27截止，1.2V_HT總線電壓為0V。



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