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什么是MOS管?MOS管的功能和特点又是什么呢?

发布时间:2022-03-17作者来源:萨科微浏览:437

什么是 MOS管MOS管的功能和特点又是什么呢?

  MOS场效应晶体管通常简称为场效应管,是一种基于场效应原理工作的半导体器件。与普通双极型晶体管相比,FET具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗低、易于集成等特点,得到了越来越广泛的应用。
MOS管
  场效应管

  场效应晶体管有很多种,主要分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管,它们都有N沟道和P沟道。

  栅极场效应管又称金属氧化物半导体场效应晶体管,简称MOSFET,分为耗尽型MOS晶体管和增强型MOS晶体管。

  场效应晶体管可分为单栅极晶体管和双栅极晶体管。双栅场效应管有两个独立的栅极G1和G2,结构上相当于两个串联的单栅场效应管,其输出电流的变化由两个栅极电压控制。双栅场效应管的这一特性在用作高频放大器、增益控制放大器、混频器和解调器时将带来极大的便利。

      1.  MOS管种类和结构

  MOSFET晶体管是FET的一种(另一种是JFET),可以做成增强型或耗尽型、P型沟道或N型沟道,但理论应用只需要增强型N型沟道MOS晶体管和增强型P型沟道MOS晶体管,所以通常会提到NMOS或PMOS。至于为什么不用耗尽型MOS晶体管,不建议去搞清楚。至于这两个增强型MOS晶体管,常用的是NMOS。原因是导通电阻低,容易制造。因此,在开关电源和电机驱动的应用中,通常使用NMOS。在接下来的介绍中,NMOS也是主要的一位。MOS晶体管的三个引脚之间存在寄生电容,这不是我们所需要的,而是由于制造工艺的限制。寄生电容的存在使得驱动电路的设计或选择变得更加容易,但是没有办法避免,后面会详细介绍。在MOS晶体管的原理图中可以看到,漏极和源极之间有一个寄生 二极管。这个 二极管在驱动合理负载时非常重要。顺便说一下,体二极管只存在于单个金属氧化物半导体晶体管中,这通常在集成电路芯片中找不到。

  2.  MOS管导通特性

  导通的意思是,作为一个开关,它相当于开关闭合。NMOS的特点,当Vgs大于一定值时,会出现导通,适用于源极接地(低端驱动)的情况,只要栅极电压达到4V或10V即可。PMOS的特性,当Vgs小于一定值时,会出现导通,适合源接VCC(高端驱动)的情况。然而,虽然PMOS可以很容易地用作高端驱动器,但由于导通,的高电阻、高价格和交流类型少,NMOS通常用于高端驱动器。3.金属氧化物半导体开关管

  3.MOS开关管

  无论损耗是NMOS还是PMOS,在导通,之后都有一个导通电阻,所以电流会消耗这个电阻上的能量,这就是所谓的导通损耗。选择导通电阻小的MOS晶体管,降低导通损耗。通常的低功率MOS  管导通电阻通常在几十毫欧左右,几毫欧也有一些在导通和截止的时候,MOS一定不是瞬间完成的。MOS两端的电压有下降的过程,电流有上升的过程。在此期间,MOS晶体管的损耗是电压和电流的乘积,称为开关损耗。通常,开关损耗远大于导通损耗,开关频率越快,损耗越大。导通瞬时电压和电流的乘积很大,由此造成的损耗也很大。缩短开关时间可以减少每个导通时;的损耗降低开关频率可以减少单位时间内的开关次数。这两种方法都可以降低开关损耗。

  4.  MOS管驱动

  与双极晶体管相比,一般认为MOS  管导通不需要电流,只需要GS电压高于一定值即可。这很容易做到,但我们仍然需要速度。在MOS晶体管的结构中,我们可以看到GS和GD之间存在寄生电容,理论上MOS晶体管的驱动是电容的充放电。需要电流给电容器充电。因为电容器在充电的瞬间可以看作短路,瞬间的电流会比较大。

       在选择/设计MOS晶体管驱动器时,首先要注意的是瞬时短路电流的大小。第二个注意事项是高端驱动常用的NMOS要求导通时的栅极电压大于源极电压另一方面高端驱动MOS  管导通的源极电压和漏极电压(VCC)相同,所以栅极电压比VCC高4V或10V。假设在同一系统中,为了获得比VCC更大的电压,需要一个特殊的升压电路。许多电机驱动器与电荷泵集成在一起。应该注意的是,应该选择合适的外部电容,以获得足够的短路电流来驱动金属氧化物半导体晶体管。上面提到的4V或10V是常用MOS晶体管的导通电压,所以设计上当然有一定的余量。此外,电压越高,导通速度越快,导通电阻越小。不同品类总有导通电压较低的 MOS管使用,但在12V汽车电子系统中,普通4v导通就足够了。

    MOS管的主要参数如下:

  1.栅源击穿电压BVGS-VGS当栅极电流IG从零开始急剧增加的过程中,栅源电压增加,这就是所谓的栅源击穿电压BVGS。

  2.导通电压VT-导通电压(也称阈值电压):使源极S和漏极D之间的始端构成导通的沟道;-标准N  沟道MOS晶体管所需的栅极电压,VT约为3 ~ 6V-经过工艺改进,MOS晶体管的VT值可降至2 ~ 3V。3.漏源击穿电压BVDS-在VGS=0的条件下(增强型),VDS当ID开始急剧增加的过程中漏源电压中被称为漏源击穿电压BVDS-ID。增长有两个原因:

  (1)漏极左侧附近耗尽层的雪崩击穿。

  (2)漏源穿通击穿——部分MOS  中沟道长度较短,时不时增加VDS会使漏区耗尽层时不时向源区延伸,使沟道长度为零,即发生漏源穿通。穿通后,源区的大部分载流子将被耗尽层中的电场直接吸收,并到达漏区,产生大的ID。

  4.DC输入电阻RGS——即施加在栅极和源极之间的电压与栅极电流之比——这一特性有时用流经金属氧化物半导体晶体管栅极RGS的栅极电流来表示,很容易超过1010。

  5.低频跨导GM——在VDS为固定值的条件下,引起这种变化的漏极电流微变量与栅源电压微变量之比称为跨导——GM反映栅源电压对漏极电流的控制能力——它是表征MOS晶体管放大能力的一个重要参数——通常在几到几mA/V的范围内。

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