认识MOS管

  MOSFET是金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor）的缩写，MOSFET的发明是为了克服场效应晶体管（Field-EffectTransistor）的缺点，如漏极电阻高、输入阻抗适中和工作速度较慢。因此，MOSFET可称为FET的高级形式。在某些情况下，MOSFET也被称为IGFET（绝缘栅场效应晶体管）。实际上，MOSFET是一种电压控制器件，也就是说，只要在栅极引脚上施加额定电压，MOSFET就会通过漏极和源极引脚开始导电。

  MOS管常用于开关或放大信号。随着施加的电压量改变电导率的能力可用于放大或切换电子信号。

参考：

WhatisMOSFET:Symbol,Working,Types&DifferentPackages

几分钟教你搞定mos管的工作原理，图文+案例，通俗易懂，快收藏-知乎(zhihu.com)

WhatareMOSFETs?|Semiconductor|SHINDENGENELECTRICMFG.CO.,LTD

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MOS管结构-CSDN博客

TheMOSFETandMetalOxideSemiconductorTutorial(electronics-tutorials.ws)

一、工作原理

  MOS管的主要原理是通过控制栅极Gate和源极极Drain之间的电压进而控制源极和漏极之间的电流。它的工作原理几乎就像一个开关。

  金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的结构与结型场效应晶体管(JFET)的结构截然不同。耗尽型和增强型MOSFET都使用栅极电压产生的电场来改变电荷载流子（n通道的电子或P通道的空穴）在半导体漏极-源极通道的流动。栅极电极位于非常薄的绝缘层顶部，漏极和源极电极正下方有一对小的n型区域。

  结型场效应晶体管(JFET)的栅极必须以反向偏置PN结的方式偏置。使用绝缘栅MOSFET器件时不存在此类限制，因此可以将MOSFET的栅极偏置为正极(+ve)或负极(-ve)。MOSFET器件特别适合用作电子开关或制作逻辑门，因为没有偏置时它们通常是不导电的，而且这种高栅极输入电阻意味着只需要很少或根本不需要控制电流，因为MOSFET是电压控制器件。P沟道和N沟道MOSFET都有两种基本形式，即增强型和耗尽型。

二、特性分类

  按沟道分类，场效应管分为PMOS管（P沟道型）和NMOS（N沟道型）管。

  按材料分类，可以分为分为耗尽型和增强型：

• 增强型管：栅极-源极电压为零时漏极电流也为零；
• 耗尽型管：栅极-源极电压为零时漏极电流不为零；

  其实归纳一下，就4种类型的MOS管：增强型PMOS，增强型NMOS，耗尽型PMOS，耗尽型NMOS。

  当对S（源极）的G（栅极）施加正电压时，NMOS变为ON（导通状态）。

  当对S（源极）的G（栅极）施加负电压时，NMOS变为ON（导通状态）。

  NMOS的性能更佳，在布线方面也更易于使用，因此市场上使用的MOSFET大部分都是NMOS。

(1)MOS管输出特性曲线

  MOS管的输出特性可以分为三个区：截止区、线性区、饱和区。

1.耗尽型MOSFET

  耗尽型MOSFET比增强型MOSFET少见，通常在没有施加栅极偏置电压的情况下处于“导通”状态。也就是说，当时，通道导通，使其成为“常闭”器件。上图显示的耗尽型MOS晶体管电路符号使用实线通道线来表示常闭导电通道。对于N沟道耗尽型MOS晶体管，负栅源电压将耗尽其自由电子的导电沟道（因此得名），从而将晶体管切换为“OFF”。同样，对于P沟道耗尽型MOS晶体管，正栅源电压VGS将耗尽其自由空穴的沟道，从而将晶体管切换为“OFF”。换句话说，对于N沟道耗尽型MOSFET：意味着更多电子和更多电流。而意味着更少电子和更少电流。对于P沟道类型也是如此。那么耗尽型MOSFET相当于一个“常闭”开关。

2.增强型MOSFET

  更常见的增强型MOSFET或eMOSFET是耗尽型MOSFET的反向。这里的导电通道是轻掺杂的，甚至未掺杂，使其不导电。当栅极偏置电压等于零时，这会导致器件通常处于“关闭”状态（不导电）。上图所示的增强型MOS晶体管的电路符号使用断线来表示常开的非导电通道。对于N沟道增强型MOS晶体管来说，只有当施加到栅极终端的栅极电压（）大于阈值电压（）时，漏极电流才会流动，在这种情况下会产生电导，从而使其成为一种跨导器件（跨导则指输出端电流的变化值与输入端电压的变化值之间的比值）。

  对N型eMOSFET施加正（）栅极电压时，栅极周围的氧化层会吸引更多电子，从而增加或增强（因此得名）沟道的厚度，使更多电流流过。因此，这种晶体管被称为增强模式器件，因为施加栅极电压会增强沟道。

  增加正栅极电压将进一步降低沟道电阻，从而增加通过沟道的漏极电流。换句话说，对于N沟道增强模式MOSFET：使晶体管"开启"，而零或则使晶体管"关闭"。因此，增强模式MOSFET相当于一个"常开"开关。

  对于P沟道增强型MOS晶体管，情况正好相反。当时，器件处于“OFF”状态，通道处于打开状态。对P型eMOSFET施加负()栅极电压可增强通道导电性，使其处于“ON”状态。然后对于P沟道增强型MOSFET：将晶体管处于“OFF”状态，而将晶体管处于“ON”状态。

(2)MOSFET放大器

  MOSFET也可用于制造单级"A"类放大器电路，其中增强模式N沟道MOSFET共源放大器是最常用的电路。耗尽型MOSFET放大器与JFET放大器非常相似，只是MOSFET的输入阻抗要高得多。该高输入阻抗由和形成的栅极偏置电阻网络控制。此外，增强型共源MOSFET放大器的输出信号被反转，因为当为低时，晶体管切换为“OFF”，()为高。当为高时，晶体管切换为“ON”，()为低，如图所示。

  该共源MOSFET放大器电路的直流偏置几乎与JFET放大器相同。MOSFET电路通过电阻器和形成的分压器网络以A类模式偏置。交流输入电阻为。

  MOSFET能够在这两种状态之间转换，因此具有两种基本功能："开关"（数字电子）或"放大"（模拟电子）。然后，MOSFET能够在三个不同的区域内工作：

1. 截止区：当时，栅极-源极电压远低于晶体管的阈值电压，因此MOSFET晶体管“完全关闭”，因此，晶体管充当开路开关，而不管的值如何。
2. 线性（欧姆）区：当且时，晶体管处于其恒定电阻区，表现为电压控制电阻，其电阻值由栅极电压电平决定。
3. 饱和区：当且时，晶体管处于其恒定电流区，因此“完全导通”。漏极电流=最大值，晶体管充当闭合开关。

三、选型参数

  选择MOS管时，需要考虑多个关键参数以确保其性能和可靠性。以下是一些重要的选型参数：

1. ‌导通电阻（）‌：表示MOS管处于导通状态时漏极和源极端子之间的电阻。传导损耗取决于它，的值越低，传导损耗越低。
2. ‌栅极电荷（）‌：表示栅极驱动器打开/关闭器件所需的电荷。栅极电荷越小，驱动电路的设计就越简单。
3. ‌开启阈值电压（）‌：有些MOS管阈值电压不到就能开始导通，有的MOS管开启电压至少。
4. ‌持续工作电流（）‌：MOS管工作时，能持续通过D极和S极间的电流。
5. ‌栅极和源极之间的最大值（）‌：与栅源阈值电压()不同，栅极到源极可以处理的最大电压。高于这个值，MOS管就会损坏。实际栅极到源极电压设置为接近是不太安全的。最好就是确保提供所需的栅极到源极阈值电压，但同时比要低一点。
6. ‌最大耐压值（）‌：加载到D极和S极间的最大电压值。通过MOS管加载到负载上的电压值，一定要小于最大耐压值，而且留有足够的余量。
7. ‌开启时间、上升时间、关断时间、下降时间‌：这四个参数说明MOS管的开关速度，用在高频信号电路中时这个参数很重要。

四、总结

  金属氧化物半导体场效应晶体管（简称MOSFET）具有极高的输入栅极电阻，流经源极和漏极之间通道的电流由栅极电压控制。由于这种高输入阻抗和增益，如果不小心保护或处理，MOSFET很容易被静电损坏。

MOSFET非常适合用作电子开关或共源放大器，因为它们的功耗非常小。金属氧化物半导体场效应晶体管的典型应用是微处理器、存储器、计算器和逻辑CMOS门等。不同类型的MOS管的开关表如下：

  因此，对于N型增强型MOSFET，正栅极电压将使晶体管“导通”，栅极电压为零时，晶体管将“截止”。对于P沟道增强型MOSFET，负栅极电压将使晶体管“导通”，栅极电压为零时，晶体管将“截止”。MOSFET开始通过沟道的电压阈值决定。