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MOS場效應管基本知識

日期:2020/11/5 10:07:27
摘要:半導體三極管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管。本文將介紹另一種三極管,這種三極管只有一種載流子參與導電,所以也稱為單極型三極管,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管(FET),簡稱場效應管。

半導體三極管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管。本文將介紹另一種三極管,這種三極管只有一種載流子參與導電,所以也稱為單極型三極管,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管(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)。


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。
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晶體管,由于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管種類
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管,所以,你見到的MOS管的符號通常是畫成下面這樣的。

▲ MOS管符號通常是畫成這樣的

仔細觀察的朋友可以發現,無論是N溝道還是P溝道,寄生二極管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。
那么,如何使用MOS管做電子開關?比如用來驅動LED?

先來兩個圖。


▲ MOS管做電子開關的簡單應用
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。
對于N溝道增強型的MOS管,當UGS大于一定值時就會導通,這里所說的“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。


對于P溝道增強型的MOS管,當UGS小于一定值時就會導通,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。

可能會有朋友問,電路圖中的電阻Rgs有什么作用?
是這樣的,在MOS管內部結構里,G極與D極、S極實際上是有一層絕緣層二氧化硅進行隔離的,這就相當于存在一個電容器。

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,相當于給寄生電容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,這樣有利于提高電路的可靠性,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,以后再跟大家討論。

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