乾貨| MOS場效應管基本知識

2020-12-05 電子工程專輯

半導體三極體中參與導電的有兩種極性的載流子，所以也稱為雙極型三極體。本文將介紹另一種三極體，這種三極體只有一種載流子參與導電，所以也稱為單極型三極體，因為這種管子是利用電場效應控制電流的，所以也叫場效應三極體（FET），簡稱場效應管。

場效應管可以分成兩大類，一類是結型場效應管（JFET），另一類是絕緣柵場效應管（MOSFET）。



如果你在某寶裡搜索「場效應管」你會發現，搜索出來的基本上是絕緣柵場效應管。



即使搜索「結型場效應管」，出來的也只有幾種，你是不是懷疑結型場效應管已經被人類拋棄了的感覺，沒錯，JFET相對來說是比較少使用的，如果你問百度，百度貌似也無法回答你這個問題。



下面我們就跳過JFET，來點實際的，還是直接分享絕緣柵場效應管的相關基礎知識吧。
絕緣柵場效應管中文全稱是金屬-氧化物半導體場效應電晶體，由於這種場效應管的柵極被絕緣層隔離，所以又叫絕緣柵場效應管，英文簡稱是MOSFET，一般也簡稱為MOS管。
MOSFET的輸入電阻很高，高達109Ω以上，從導電溝道來分，可以分為N溝道和P溝道兩種，無論是N溝道還是P溝道，又可以分為增強型和耗盡型。
N溝道的MOS管通常也簡稱為NMOS，P溝道的MOS管簡稱為PMOS。
MOS管共有3個腳，柵極G，漏極D，源極S，通常情況下，MOS管的襯底是跟S極在管子內部是連接在一起的，而且，MOS管的D極和S極之間一般會有一個寄生二極體，所以，你見到的MOS管的符號通常是畫成下面這樣的。
仔細觀察的朋友可以發現，無論是N溝道還是P溝道，寄生二極體的方向總是跟箭頭的方向是一致的。
其實在一般使用中，更多是使用N溝道增強型或者P溝道增強型MOS管，耗盡型的管子是比較少使用到的。
那麼，如何使用MOS管做電子開關？比如用來驅動LED？先來兩個圖。
一般認為MOS管導通是不需要電流，只要UGS提供一定的電壓就可以導通了。
對於N溝道增強型的MOS管，當UGS大於一定值時就會導通，這裡所說的「一定值」是指開啟電壓UGS(th)，N溝道增強型UGS(th)一般是2~4V之間。


對於P溝道增強型的MOS管，當UGS小於一定值時就會導通，P溝道增強型UGS(th)一般是-2~-4V之間。



如果UGS達不到相應的電壓值，MOS就無法導通，所以說MOS管是電壓控制型元件。
是這樣的，在MOS管內部結構裡，G極與D極、S極實際上是有一層絕緣層二氧化矽進行隔離的，這就相當於存在一個電容器。



這些寄生電容是無法避免的，電容的大小由MOS管的結構、材料、所加的電壓決定。
如果上面的電路圖沒有電阻Rgs的，電路將會變成怎樣呢，下面以圖1為例，做個小實驗。


沒有電阻Rgs時，在G極接上5V控制信號，相當於給寄生電容Cgs進行充電，即使撤去G極上的控制電壓，G極上也有電容的電壓存在，所以MOS仍然是導通的。


當有G、S兩極有電阻Rgs時，當G極撤去5V信號，電阻Rgs可以把寄生電容Cgs上的電壓進行釋放，所以MOS就截止了。
所以，上面電路加入電阻Rgs，可以對電容的電壓進行及時的釋放，這樣有利於提高電路的可靠性，可以避免G極沒有控制信號時誤動作。


MOS管具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩定性好、電壓控制電流等特性，在電路中，可以用作放大器、電子開關等用途。MOS管相關的知識還有很多，以後再跟大家討論。

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