MOS管和晶体三极管相比的重要特性

对于MOS管一直是工程师热中接头的话题之一，因而咱们整理了罕见及不常见的MOS管的相干常识，但愿对列位工程师有所赞助。上面让我们一起来聊聊MOS管这个异常首要的元器件吧！

甚么是MOS管？

MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型。是以，MOS管偶然被称为绝缘栅场效应管。在普通电子电路中，MOS管通常被用于缩小电路或开关电路。

1、MOS管的组织

在一块搀杂浓度较低的P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、散布工艺制造两个高搀杂浓度的N 区，并用金属铝引出两个电极，分手作为漏极D和源极S。而后在漏极和源极之间的P型半导体外貌复盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜，在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极，作为栅极G。这就构成为了一个N沟道（NPN型）增强型MOS管。明显它的栅极和别的电极间是绝缘的。图1-1所示 A 、B分别是它的结构图和代表标记。

异样用上述沟通的要领在一块搀杂浓度较低的N型半导体硅衬底上，用半导体光刻、散布工艺制造两个高搀杂浓度的P 区，及上述沟通的栅极制造进程，就制成为一个P沟道（PNP型）增强型MOS管。下图所示分别是N沟道和P沟道MOS管道结构图和代表标记。

2、MOS管的事情道理

增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个面对面的PN结。当栅-源电压VGS=0时，纵然加之漏-源电压VDS，总有一个PN结处于反偏状况，漏-源极间没有导电沟道（没有电流流过），以是这时候漏极电流ID=0。

此时若在栅-源极间加之正向电压，即VGS＞0，则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便发生一个栅极指向P型硅衬底的电场，因为氧化物层是绝缘的，栅极所加电压VGS无奈构成电流，氧化物层的双方就形成为了一个电容，VGS等效是对这个电容充电，并构成一个电场，跟着VGS逐步降低，受栅极正电压的吸收，在这个电容的另一边就汇集少量的电子并形成为了一个从漏极到源极的N型导电沟道，当VGS大于管子的开启电压VT（普通约为 2V）时，N沟道管开端导通，构成漏极电流ID，咱们把开端构成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，普通用VT暗示。

操纵栅极电压VGS的巨细改变了电场的强弱，就能达到操纵漏极电流ID的巨细的目标，这也是MOS管用电场来操纵电流的一个首要特色，以是也称之为场效应管。

3、MOS管的特点

上述MOS管的事情道理中能够看出，MOS管的栅极G和源极S之间是绝缘的，因为Sio2绝缘层的存在，在栅极G和源极S之间等效是一个电容存在，电压VGS发生电场从而致使源极-漏极电流的发生。此时的栅极电压VGS抉择了漏极电流的巨细，操纵栅极电压VGS的巨细就能操纵漏极电流ID的巨细。这就能够得出以下论断：
1） MOS管是一个由转变电压来操纵电流的器件，所以是电压器件。
2） MOS管道输出特点为容性特点，以是输出阻抗极高。

4、MOS管的电压极性和标记划定规矩

上图是N沟道MOS管的标记，图中D是漏极，S是源极，G是栅极，旁边的箭头暗示衬底，假如箭头向里暗示是N沟道的MOS管，箭头向外暗示是P沟道的MOS管。

在实践MOS管出产的过程当中衬底在出厂前就和源极连贯，所以在标记的划定规矩中；暗示衬底的箭头也必需和源极相连接，以差别漏极和源极。

上图是P沟道MOS管的标记。

MOS管使用电压的极性和咱们一般的晶体三极管沟通，N沟道的近似NPN晶体三极管，漏极D接正极，源极S接负极，栅极G正电压时导电沟道创建，N沟道MOS管开端事情。

异样P道的近似PNP晶体三极管，漏极D接负极，源极S接正极，栅极G负电压时，导电沟道创建，P沟道MOS管开端事情。

5、MOS管和晶体三极管相比的首要特点

1) 场效应管的源极S、栅极G、漏极D分手对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c，它们的感化类似。

2) 场效应管是电压操纵电流器件，由VGS操纵ID，一般的晶体三极管是电流操纵电流器件，由IB操纵IC。MOS管道缩小系数是（跨导gm）当栅极电压转变一伏时能惹起漏极电流变迁几何安培。晶体三极管是电流缩小系数（贝塔β）当基极电流转变一毫安时能惹起集电极电流变迁几何。

3) 场效应管栅极和别的电极是绝缘的，不发生电流；而三极管事情时基极电流IB抉择集电极电流IC。是以场效应管的输出电阻比三极管的输出电阻高的多。

4) 场效应管惟独多半载流子介入导电；三极管有多半载流子和少数载流子两种载流子介入导电，因少数载流子浓度受温度、辐射等要素影响较大，以是场效应管比三极管的温度稳定性好。

5) 场效应管在源极未与衬底连在一路时，源极和漏极能够交换应用，且特点变迁不大，而三极管的集电极与发射极交换使历时，其特点差别很大，b 值将减小不少。

6) 场效应管的噪声系数很小，在低噪声缩小电路的输出级及请求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

7) 场效应管和一般晶体三极管都可构成种种缩小电路和开关电路，然则场效应管创造工艺简略，而且又拥有一般晶体三极管不克不及比较的优异特点，在种种电路及使用中正慢慢的庖代一般晶体三极管，今朝的大规模和超大范围集成电路中，曾经普遍的接纳场效应管。

6、在开关电源电路中，大功率MOS管和大功率晶体三极管相比MOS管的好处

1) 输出阻抗高，驱动功率小——因为栅源之间是二氧化硅（SiO2）绝缘层，栅源之间的直流电阻基本上便是SiO2绝缘电阻，普通达100MΩ摆布，交换输出阻抗基本上便是输出电容的容抗。因为输出阻抗高，对鼓励旌旗灯号不会发生压降，有电压就能驱动，以是驱动功率极小（灵敏度高）。普通的晶体三极管必须有基极电压Vb，再发生基极电流Ib，能力驱动集电极电流的发生。晶体三极管的驱动是需求功率的（Vb×Ib）。

2) 开关速度快——MOSFET的开关速率和输出的容性特点的有很大瓜葛，因为输出容性特点的存在，使开关的速率变慢，但是在作为开关运历时，可下降驱动电路内阻，加速开关速率（输出采用了后述的“灌流电路”驱动，加快了容性的充放电的时候）。MOSFET只靠多子导电，不存在少子贮存效应，于是关断进程异常敏捷，开关时候在10—100ns之间，事情频次可达100kHz以上，一般的晶体三极管因为少数载流子的存储效应，使开关总有滞后征象，影响开关速率的进步（今朝接纳MOS管的开关电源其事情频次能够随意马虎的做到100K/S～150K/S,这关于一般的大功率晶体三极管来说是难以设想的）。

3) 无二次击穿——因为一般的功率晶体三极管具有当温度回升就会致使集电极电流回升（正的温度～电流特点）的征象，而集电极电流的回升又会致使温度进一步的回升，温度进一步的回升，更进一步的致使集电极电流的回升这一恶性轮回。而晶体三极管的耐压VCEO随管温度降低是慢慢降低，这就形成为了管温连续回升、耐压连续降低终究致使晶体三极管的击穿，这是一种致使电视机开关电源管和行输出管损坏率占95%的破环性的热电击穿征象，也称为二次击穿征象。MOS管拥有和一般晶体三极管相同的温度～电流特点，即当管温度（或环境温度）回升时，沟道电流IDS反而降低。比方；一只IDS=10A的MOS FET开关管，当VGS操纵电压稳定时，在250C温度下IDS=3A，当芯片温度降低为1000C时，IDS降低到2A，这种因温度回升致使沟道电流IDS降低的负温度电流特点，使之不会发生恶性轮回而热击穿便是MOS管没有二次击穿征象，可见接纳MOS管作为开关管，其开关管的损坏率大幅度下降，近两年电视机开关电源接纳MOS接替已往一般晶体三极管后，开关管损坏率大大下降也是一个极好证实。

4) MOS特点一般晶体三极管在饱和导通是，几乎是纵贯，有一个极低的压降，称为饱和压降，既然有一个那末便是一般晶体三极管在饱和导通后等效是一个阻值极小的电阻然则这个等效的电阻是一个非线性的电阻（电阻上的电压和流过的电流不克不及吻合欧姆定律），而MOS管作为开关使用，在饱和导通后也存在一个阻值极小的电阻然则这个电阻等效一个线性电阻，其电阻的阻值两头的电压降和流过的电流吻合欧姆定律瓜葛，电流大压降就大，电流小压降就小，导通后既然等效是一个线性元件，线性元件就能并联使用如许两个电阻并联在一起，就有一个主动电流均衡感化以是MOS管在一个管子功率不敷时间能够多管并联使用无须此外增添均衡步伐（非线性器件不克不及间接并联使用的）。

MOS一般的晶体三极管相比，有以上四项好处，就足以使MOS管在开关应用状态下完整庖代一般的晶体三极管今朝手艺MOS管道VDS能做到1000V，只能作为开关电源的开关使用跟着创造工艺不息前进，VDS不息进步庖代显像管电视机的行输出管也是近期完成的。