MOS管工作原理是什么？_多米体育(中国)有限公司

MOS管概述

场效应晶体管（FET），将输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET 的增益等于其跨导，定义为输出电流变化与输入电压变化之比。市场上常见的有 N 沟道和 P 沟道。详情请参考右图（P沟道耗尽型MOS管）。公共P沟道为低压mos管。
场效应管将一个个电场投射在绝缘层上，以影响流过晶体管的电流。事实上，没有电流流过这个绝缘体，所以 FET 的 GATE 电流非常小。最常见的 FET 使用薄层二氧化硅来作为栅极绝缘体。这种晶体管称为金属氧化物半导体（MOS）晶体管，或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。由于 MOS 管更小、更节能，因此在许多应用中已取代双极晶体管。
由于MOS管的G极电流很小，所以有时也称MOS管为绝缘栅场效应管。

MOS管性能

MOS管输入阻抗高，噪声低，热稳定性好；制造工艺简单，辐射强，所以通常用于放大电路或开关电路。

MOS管管脚及常见封装标识

MOS管导通条件

看下面的N型MOS管图（左），当栅源电压Vgs=0时，即使加上漏源电压Vds，总有一个PN结处于反向偏置状态，没有导通漏极和源极之间的通道（没有电流流动），因此漏极极性电流 ID = 0。
如果此时在栅极和源极之间施加正向电压，如下图（左）所示，即Vgs>0，则在栅极与源极之间的SiO2绝缘层中产生指向P型的栅极。栅极和硅衬底硅衬底的电场，因为氧化层是绝缘的，所以加在栅极上的电压Vgs不能形成电流，在氧化层的两侧形成电容。Vgs 相当于给这个电容充电并形成电场。随着Vgs逐渐增大，被栅极的正电压吸引，大量电子聚集在电容的另一侧，从漏极到源极形成N型导电沟道。当Vgs大于管的导通电压VT（一般为2V左右）时，控制栅极电压Vgs的大小改变电场强度，可以达到控制漏极电流ID大小的目的。这也是MOS管利用电场控制电流的一个重要特点，所以又称为场效应管。（下图中红色箭头是当前Id的方向，N和P的方向是相反的，注意哈，有时候会混淆！哈哈）
对于P型MOS管（图右侧），原理正好相反。当 Vgs<-2V 时，开始导通。随着电压升高，被栅极的负电压吸引，大量会聚集在栅极的另一侧，从源极到漏极的正电荷将形成P型导电沟道。
综上所述：
N型MOS管在Vgs>2V时开始导通，最大电压（一般技术文件中会给出数值）>Vgs>9V完全导通）
对于P型MOS管，Vgs<-2V开始开启，最小电压（一般技术文件会给出数值）<Vgs<-9V 完全开启）
注：里面的Vgs小于负值。说白了就是Vsg大于正值。为便于统一，指定栅源电压Vgs。

加强对MOS管的认识

结合上图和之前的知识点，我们将MOS管的知识划分成九个问题分类点来进行深入了解。
第一个MOS管问题分类：如何进行MOS管p/n型的划分？
从MOS管结构示意图我们可以看出，p型中间一个窄长条就是沟道，使得左右两块P型极连在一起，mos管导通后是电阻特性，因此它的一个重要参数就是导通电阻，选用mos管必须清楚这个参数是否符合需求，同理，n型MOS也可以将上图理解成为n型即可；

第二个MOS管问题分类：如何区分MOS管的源极和漏极？
MOS管结构示意图中，我们可以看出左右是对称的，难免会有人问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。但在实际应用中，厂家一般在源极和漏极之间连接一个二极管，起保护作用，正是这个二极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实用；

第三个MOS管问题分类：什么是增强型MOS管？
增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，由上图可以看出，栅极电压越低，则p型源、漏极的正离子就越靠近中间，n衬底的负离子就越远离栅极，栅极电压达到一个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离子连在一起，形成通道，就是图示效果。因此，容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越小。由于电场的强度与距离平方成正比，因此，电场强到一定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n型负离子的“退让”是越来越难的。耗尽型的是事先做出一个导通层，用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。但这种管子一般不生产，在市面基本见不到。所以，大家平时说mos管，就默认是增强型的。

第四个MOS管问题分类：mos管中的金属氧化物膜是什么东西？
mos管结构示意图中标出的金属氧化物膜位于上边部位，这个膜是绝缘的，用来电气隔离，使得栅极只能形成电场，不能通过直流电，因此是用电压控制的。在直流电气上，栅极和源漏极是断路。不难理解，这个膜越薄：电场作用越好、坎压越小、相同栅极电压时导通能力越强。坏处是：越容易击穿、工艺制作难度越大而价格越贵。例如导通电阻在欧姆级的，1角人民币左右买一个，而2402等在十毫欧级的，要2元多（批量买。零售是4元左右）。

第五个MOS管问题分类：MOS管的寄生电容是什么？
MOS管结构示意图中的栅极通过金属氧化物与衬底形成一个电容，越是高品质的mos，膜越薄，寄生电容越大，经常mos管的寄生电容达到nF级。这个参数是mos管选择时至关重要的参数之一，必须考虑清楚。Mos管用于控制大电流通断，经常被要求数十K乃至数M的开关频率，在这种用途中，栅极信号具有交流特征，频率越高，交流成分越大，寄生电容就能通过交流电流的形式通过电流，形成栅极电流。消耗的电能、产生的热量不可忽视，甚至成为主要问题。为了追求高速，需要强大的栅极驱动，也是这个道理。试想，弱驱动信号瞬间变为高电平，但是为了“灌满”寄生电容需要时间，就会产生上升沿变缓，对开关频率形成重大威胁直至不能工作。

第六个MOS管问题分类：MOS管如何工作在放大区？
Mos管也能工作在放大区，而且很常见。做镜像电流源、运放、反馈控制等，都是利用mos管工作在放大区，由于mos管的特性，当沟道处于似通非通时，栅极电压直接影响沟道的导电能力，呈现一定的线性关系。由于栅极与源漏隔离，因此其输入阻抗可视为无穷大，当然，随频率增加阻抗就越来越小，一定频率时，就变得不可忽视。这个高阻抗特点被广泛用于运放，运放分析的虚连、虚断两个重要原则就是基于这个特点。这是三极管不可比拟的。

第七个MOS管问题分类：MOS管发热原因是什么？
Mos管发热，主要原因之一是寄生电容在频繁开启关闭时，显现交流特性而具有阻抗，形成电流。有电流就有发热，并非电场型的就没有电流。另一个原因是当栅极电压爬升缓慢时，导通状态要“路过”一个由关闭到导通的临界点，这时，导通电阻很大，发热比较厉害。第三个原因是导通后，沟道有电阻，过主电流，形成发热。主要考虑的发热是第1和第3点。许多mos管具有结温过高保护，所谓结温就是金属氧化膜下面的沟道区域温度，一般是150摄氏度。超过此温度，mos管不可能导通。温度下降就恢复。要注意这种保护状态的后果。

第八个MOS管问题分类：MOS管理论图与实物有什么区别？
MOS管结构示意图仅仅是原理性的，实际的元件增加了源-漏之间跨接的保护二极管，从而区分了源极和漏极。实际的元件，p型的，衬底是接正电源的，使得栅极预先成为相对负电压，因此p型的管子，栅极不用加负电压了，接地就能保证导通。相当于预先形成了不能导通的沟道，严格讲应该是耗尽型了。好处是明显的，应用时抛开了负电压。

第九个MOS管问题分类：MOS管的应用包含哪些？
1：p型mos管应用
一般用于管理电源的通断，属于无触点开关，栅极低电平就完全导通，高电平就完全截止。而且，栅极可以加高过电源的电压，意味着可以用5v信号管理3v电源的开关，这个原理也用于电平转换。
2：n型mos管应用
一般用于管理某电路是否接地，属于无触点开关，栅极高电平就导通导致接地，低电平截止。当然栅极也可以用负电压截止，但这个好处没什么意义。其高电平可以高过被控制部分的电源，因为栅极是隔离的。因此可以用5v信号控制3v系统的某处是否接地，这个原理也用于电平转换。
3：MOS管放大区应用
工作于放大区，一般用来设计反馈电路，需要的专业知识比较多，类似运放，这里无法细说。常用做镜像电流源、电流反馈、电压反馈等。至于运放的集成应用，我们其实不用关注。人家都做好了，看好datasheet就可以了，不用按mos管方式去考虑导通电阻和寄生电容。

第十个MOS管问题分类：：MOS管基本应用在哪些产品？
现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外，在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS管取代过去的大功率晶体三极管，使整机的多米体育、可靠性、故障率均大幅的下降。由于MOS管和大功率晶体三极管在结构、特性有着本质上的区别，在应用上；驱动电路也比晶体三极管复杂，致使维修人员对电路、故障的分析倍感困难，此文即针对这一问题，把MOS管及其应用电路作简单介绍，以满足维修人员需求。
通过上述十个于MOS管的知识解答，相信大家对MOS管已经有一定的认知，更多MOS管详情，请关注合科泰MOS百科，上文部分内容采用网络整理，如有侵权行为，请及时联系管理员删除；
先看一下MOS管的内部结构和内部结构在导通状态下的状态（下图很P型，上图写的是N型，PS：下面只有一张图，我不会画，会一点点！哈哈哈）
同上（MOS管导通图相同）
如上所述，当MOS导通时，栅氧化层两侧会形成电容，氧化层应该像板一样。这会阻碍MO管在高频下的开启响应时间，因为MOS管的电压开启源极和漏极，而电容是容性元件，会减缓电压突变。频率高的时候，MOS管会出现异常，但是我满足不了，哈哈！

问题？

1. 如何区分MOS管的源漏？

在MOS管结构示意图中，我们可以看到左右对称。难免有人会问源漏怎么区分？事实上，原则上，源漏确实是对称的，无法区分的。但是，在实际应用中，厂家一般会在源漏之间接一个二极管来保护。正是这个二极管决定了源极和漏极。这样，包装固定，方便实际使用。

2. 什么是增强型MOS管？

增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来开启的，从上图可以看出，栅极电压越低，p型源漏正离子离中间越近，而n衬底的负离子离栅极越远，栅极电压达到一个称为阈值或压力的情况下，p型释放的正离子连接在一起形成通道。因此，很容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通。电压越低，沟道越厚，导通电阻越低。因为电场强度与距离的平方成正比，电场强到一定程度后，压降引起的沟道增厚并不明显，也是因为n的“让步” -型负离子越来越难。耗尽型是预先制作导电层，利用栅极加厚或减薄来控制源漏的导通。但是，这种管材一般不生产，市场上基本买不到。所以，大家通常都说mos管默认是增强型的。

3. MOS管的金属氧化物是什么？

MOS管结构示意图中标注的金属氧化膜位于上侧。这种薄膜是绝缘的，用于电隔离，使栅极只能形成电场，不能通过直流电，所以是受电压控制的。在直流电中，栅极和源极和漏极是开路的。薄膜越薄不难理解：电场效应越好，势垒电压越小，相同栅压下的导通能力越强。缺点是：越容易分解，制作难度越大，价格越贵。

4. MOS管的寄生电容是多少？

MOS管结构图中的栅极通过金属氧化物与衬底形成电容，mos质量越高，薄膜越薄，寄生电容越大。通常mos管的寄生电容达到nF级。这个参数是mos管选型中最重要的参数之一，一定要考虑清楚。MOS管用于控制大电流的通断，往往需要几十K甚至几M的开关频率。在这种应用中，栅极信号具有交流特性。频率越高，交流分量越大，寄生电容可以以交流电流的形式通过电流，形成栅极电流。消耗的电能和产生的热量不可忽视，甚至成为主要问题。为了追求高速，需要强大的栅极驱动，这也是原因。想象一下，微弱的驱动信号瞬间变成高电平，但“填满”寄生电容需要时间，这会导致上升沿变慢，对开关频率构成重大威胁，直到无法工作。

5. MOS管在放大区是如何工作的？

MOS管也可以工作在变焦区，很常见。镜像电流源、运放、反馈控制等，均采用MOS管工作在放大区。由于mos管的特性，当沟道处于不通过或不通过状态时，栅极电压直接影响沟道的电导率，呈一定的线性关系。由于栅极与源漏隔离，其输入阻抗可视为无穷大。当然，阻抗会随着频率的增加而变得越来越小。在一定的频率下，它变得无法忽视。这种高阻抗特性广泛用于运算放大器。运放分析中的虚连接和虚断两个重要原则就是基于这个特性。这是三极管无法比拟的。

6. MOS管发热的原因是什么？

MOS管发热，主要原因之一是寄生电容表现出交流特性，在频繁开关时具有阻抗，形成电流。有电流就有热量，电场型没有电流。另一个原因当栅极电压缓慢攀升时，导通状态必须从关到导“经过”一个临界点。这时导通电阻很大，发热比较严重。第三个原因导通后，通道有电阻，主电流流过发热。发热的主要考虑是第1点和第3点。很多MOS管都有防止结温过高的保护。所谓结温就是金属氧化膜下沟道区的温度，一般为150摄氏度。高于此温度，MOS管无法导通。温度下降并恢复。注意这种保护状态的后果。

7. MOS管理理论和实物有什么区别？

MOS管结构示意图只是一个原理。实多米体育件在源漏两端加了一个保护二极管，以区分源漏。实多米体育件为p型，基板接正电源，使栅极提前变成相对负电压，所以p型管，栅极不需要加负电压，接地可以保证导通。相当于提前形成了无法开启的通道，严格来说应该是耗尽模式。除了施加的负电压外，好处是显而易见的。

8. MOS管的应用有哪些？

P型MOS管应用
一般用于管理电源的通断。它是一种非接触式开关。门极低电平完全导通，高电平完全关断。而且，栅极可以将电压提高到高于电源的电压，这意味着可以使用5v信号来管理3v电源的开关。这个原理也用于电平转换。
N型MOS管应用
一般用于管理电路是否接地。它是一种非接触式开关。门极高电平导通引起接地，低电平关断。当然，栅极也可以用负电压切断，但这种好处是没有意义的。它的高电平可以高于受控部分的电源，因为栅极是隔离的。所以你可以用5v信号来控制3v系统中的某个地方是否接地。这个原理也用于电平转换。
MOS管放大领域应用
作用于放大领域，一般用于设计反馈电路。它需要更多的专业知识，类似于运算放大器，这里无法详细说明。常用作镜像电流源、电流反馈、电压反馈等。至于运放的综合应用，我们就不用关注了。大家都搞定了，看数据表就可以了，不用考虑MOS管的导通电阻和寄生电容。

9. MOS管主要用于哪些产品？

除了PFC技术，现在的高清、液晶、等离子电视机的开关电源部分，都采用了性能优异的MOS管来替代以往的大功率晶体。晶体管大大降低了整机的多米体育、可靠性和故障率。因为MOS管和大功率管的结构和特性在应用上有着本质的不同；驱动电路也比晶体管复杂，维修人员很难分析电路和故障。本文就是针对这个问题，简单介绍一下MOS管及其应用电路，以满足维修人员的需要！

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