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MOS场效应管基本知识

日期:2020/11/5 10:07:27
摘要:半导体三极管中参与导电的有两种极性的载流子,所以也称为双极型三极管。本文将介绍另一种三极管,这种三极管只有一种载流子参与导电,所以也称为单极型三极管,因为这种管子是利用电场效应控制电流的,所以也叫场效应三极管(FET),简称场效应管。

半导体三极管中参与导电的有两种极性的载流子,所以也称为双极型三极管。本文将介绍另一种三极管,这种三极管只有一种载流子参与导电,所以也称为单极型三极管,因为这种管子是利用电场效应控制电流的,所以也叫场效应三极管(FET),简称场效应管。
场效应管可以分成两大类,一类是结型场效应管(JFET),另一类是绝缘栅场效应管(MOSFET)。


即使搜索“结型场效应管”,出来的也只有几种,你是不是怀疑结型场效应管已经被人类抛弃了的感觉,没错,JFET相对来说是比较少使用的。
下面我们就跳过JFET,来点实际的,还是直接分享绝缘栅场效应管的相关基础知识吧。
绝缘栅场效应管中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管,由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离,所以又叫绝缘栅场效应管,英文简称是MOSFET,一般也简称为MOS管。
MOSFET的输入电阻很高,高达109Ω以上,从导电沟道来分,可以分为N沟道和P沟道两种,无论是N沟道还是P沟道,又可以分为增强型和耗尽型。
N沟道的MOS管通常也简称为NMOS,P沟道的MOS管简称为PMOS。

▲ MOS管种类
MOS管共有3个脚,栅极G,漏极D,源极S,通常情况下,MOS管的衬底是跟S极在管子内部是连接在一起的,而且,MOS管的D极和S极之间一般会有一个寄生二极管,所以,你见到的MOS管的符号通常是画成下面这样的。

▲ MOS管符号通常是画成这样的

仔细观察的朋友可以发现,无论是N沟道还是P沟道,寄生二极管的方向总是跟箭头的方向是一致的。
其实在一般使用中,更多是使用N沟道增强型或者P沟道增强型MOS管,耗尽型的管子是比较少使用到的。
那么,如何使用MOS管做电子开关?比如用来驱动LED?

先来两个图。


▲ MOS管做电子开关的简单应用
一般认为MOS管导通是不需要电流,只要UGS提供一定的电压就可以导通了。
对于N沟道增强型的MOS管,当UGS大于一定值时就会导通,这里所说的“一定值”是指开启电压UGS(th),N沟道增强型UGS(th)一般是2~4V之间。


对于P沟道增强型的MOS管,当UGS小于一定值时就会导通,P沟道增强型UGS(th)一般是-2~-4V之间。


如果UGS达不到相应的电压值,MOS就无法导通,所以说MOS管是电压控制型元件。

可能会有朋友问,电路图中的电阻Rgs有什么作用?
是这样的,在MOS管内部结构里,G极与D极、S极实际上是有一层绝缘层二氧化硅进行隔离的,这就相当于存在一个电容器。

这些寄生电容是无法避免的,电容的大小由MOS管的结构、材料、所加的电压决定。
如果上面的电路图没有电阻Rgs的,电路将会变成怎样呢,下面以图1为例,做个小实验。


没有电阻Rgs时,在G极接上5V控制信号,相当于给寄生电容Cgs进行充电,即使撤去G极上的控制电压,G极上也有电容的电压存在,所以MOS仍然是导通的。

当有G、S两极有电阻Rgs时,当G极撤去5V信号,电阻Rgs可以把寄生电容Cgs上的电压进行释放,所以MOS就截止了。
所以,上面电路加入电阻Rgs,可以对电容的电压进行及时的释放,这样有利于提高电路的可靠性,可以避免G极没有控制信号时误动作。
MOS管具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性,在电路中,可以用作放大器、电子开关等用途。MOS管相关的知识还有很多,以后再跟大家讨论。

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