一、什么是MOS管？

MOS管全稱(chēng)金屬—氧化物—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管或稱(chēng)金屬—絕緣體—半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管,屬于場(chǎng)效應(yīng)管中的絕緣柵型,因此,MOS管有時(shí)候又稱(chēng)為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,英文名metal oxide semiconductor。

二、MOS管的構(gòu)造。

MOS管這個(gè)器件有兩個(gè)電極，分別是漏極D和源極S，無(wú)論是圖一的N型還是圖二的P型都是一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+/P+區(qū)，并用金屬鋁引出漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的N/P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅（Si02）絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N/P溝道（NPN型）增強(qiáng)型MOS管。

三、MOS管的特性。

MOS管具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好；制造工藝簡(jiǎn)單、輻射強(qiáng)，因而通常被用于放大電路或開(kāi)關(guān) 電路。

四、MOS管的電壓極性和符號(hào)規(guī)則:

圖一是N溝道MOS管的符號(hào)，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是P溝道的MOS管。

在實(shí)際MOS管生產(chǎn)的過(guò)程中襯底在出廠前就和源極連接，所以在符號(hào)的規(guī)則中；表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區(qū)別漏極和源極。圖三是P溝道MOS管的符號(hào)。

MOS管應(yīng)用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類(lèi)似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負(fù)極，柵極G正電壓時(shí)導(dǎo)電溝道建立，N溝道MOS管開(kāi)始工作,如圖二所示。同樣P道的類(lèi)似PNP晶體三極管，漏極D接負(fù)極，源極S接正極，柵極G負(fù)電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道建立，P溝道MOS管開(kāi)始工作,如圖圖四所示；

五、MOS管的工作原理。

從上圖一可以看出增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵-源電壓VGS=0時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒(méi)有導(dǎo)電溝道（沒(méi)有電流流過(guò)），所以這時(shí)漏極電流ID=0。

此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，圖二所示，即VGS＞0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場(chǎng)，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓VGS無(wú)法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對(duì)這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場(chǎng)，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開(kāi)啟電壓VT（一般約為 2V）時(shí)，N溝道管開(kāi)始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，一般用VT表示?？刂茤艠O電壓VGS的大小改變了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流ID的大小的目的，這也是MOS管用電場(chǎng)來(lái)控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱(chēng)之為場(chǎng)效應(yīng)管。

六：MOS的優(yōu)勢(shì)：

1、場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似，圖一所示是N溝道MOS管和NPN型晶體三極管引腳，圖二所示是P溝道MOS管和PNP型晶體三極管引腳對(duì)應(yīng)圖。

2、場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，普通的晶體三極管是電流控制電流器件，由IB控制IC。MOS管道放大系數(shù)是（跨導(dǎo)gm）當(dāng)柵極電壓改變一伏時(shí)能引起漏極電流變化多少安培。晶體三極管是電流放大系數(shù)（貝塔β）當(dāng)基極電流改變一毫安時(shí)能引起集電極電流變化多少。

3、場(chǎng)效應(yīng)管柵極和其它電極是絕緣的，不產(chǎn)生電流；而三極管工作時(shí)基極電流IB決定集電極電流IC。因此場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高的多。

4、場(chǎng)效應(yīng)管只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電；三極管有多數(shù)載流子和少數(shù)載流子兩種載流子參與導(dǎo)電，因少數(shù)載流子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場(chǎng)效應(yīng)管比三極管的溫度穩(wěn)定性好。

5、場(chǎng)效應(yīng)管在源極未與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大，而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，b 值將減小很多。

6、場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級(jí)及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應(yīng)管。

7、場(chǎng)效應(yīng)管和普通晶體三極管均可組成各種放大電路和開(kāi)關(guān)電路，但是場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝簡(jiǎn)單，并且又具有普通晶體三極管不能比擬的優(yōu)秀特性，在各種電路及應(yīng)用中正逐步的取代普通晶體三極管，目前的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中，已經(jīng)廣泛的采用場(chǎng)效應(yīng)管。

8、輸入阻抗高，驅(qū)動(dòng)功率小：由于柵源之間是二氧化硅（SiO2）絕緣層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達(dá)100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。由于輸入阻抗高，對(duì)激勵(lì)信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生壓降，有電壓就可以驅(qū)動(dòng)，所以驅(qū)動(dòng)功率極小（靈敏度高）。一般的晶體三極管必需有基極電壓Vb，再產(chǎn)生基極電流Ib，才能驅(qū)動(dòng)集電極電流的產(chǎn)生。晶體三極管的驅(qū)動(dòng)是需要功率的（Vb×Ib）。

9、開(kāi)關(guān)速度快:MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和輸入的容性特性的有很大關(guān)系，由于輸入容性特性的存在，使開(kāi)關(guān)的速度變慢，但是在作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用時(shí)，可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻，加快開(kāi)關(guān)速度（輸入采用了后述的“灌流電路”驅(qū)動(dòng)，加快了容性的充放電的時(shí)間）。MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng)，因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速，開(kāi)關(guān)時(shí)間在10—100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，普通的晶體三極管由于少數(shù)載流子的存儲(chǔ)效應(yīng)，使開(kāi)關(guān)總有滯后現(xiàn)象，影響開(kāi)關(guān)速度的提高（目前采用MOS管的開(kāi)關(guān)電源其工作頻率可以輕易的做到100K/S～150K/S,這對(duì)于普通的大功率晶體三極管來(lái)說(shuō)是難以想象的）。

10、無(wú)二次擊穿：由于普通的功率晶體三極管具有當(dāng)溫度上升就會(huì)導(dǎo)致集電極電流上升（正的溫度～電流特性）的現(xiàn)象，而集電極電流的上升又會(huì)導(dǎo)致溫度進(jìn)一步的上升，溫度進(jìn)一步的上升，更進(jìn)一步的導(dǎo)致集電極電流的上升這一惡性循環(huán)。而晶體三極管的耐壓VCEO隨管溫度升高是逐步下降，這就形成了管溫繼續(xù)上升、耐壓繼續(xù)下降最終導(dǎo)致晶體三極管的擊穿，這是一種導(dǎo)致電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源管和行輸出管損壞率占95%的破環(huán)性的熱電擊穿現(xiàn)象，也稱(chēng)為二次擊穿現(xiàn)象。MOS管具有和普通晶體三極管相反的溫度～電流特性，即當(dāng)管溫度（或環(huán)境溫度）上升時(shí)，溝道電流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET開(kāi)關(guān)管，當(dāng)VGS控制電壓不變時(shí)，在250C溫度下IDS=3A，當(dāng)芯片溫度升高為1000C時(shí)，IDS降低到2A，這種因溫度上升而導(dǎo)致溝道電流IDS下降的負(fù)溫度電流特性，使之不會(huì)產(chǎn)生惡性循環(huán)而熱擊穿。也就是MOS管沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象，可見(jiàn)采用MOS管作為開(kāi)關(guān)管，其開(kāi)關(guān)管的損壞率大幅度的降低，近兩年電視機(jī)開(kāi)關(guān)電源采用MOS管代替過(guò)去的普通晶體三極管后，開(kāi)關(guān)管損壞率大大降低也是一個(gè)極好的證明。

11、MOS管導(dǎo)通后其導(dǎo)通特性呈純阻性：普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通是，幾乎是直通，有一個(gè)極低的壓降，稱(chēng)為飽和壓降，既然有一個(gè)壓降，那么也就是；普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通后等效是一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)等效的電阻是一個(gè)非線性的電阻（電阻上的電壓和流過(guò)的電流不能符合歐姆定律），而MOS管作為開(kāi)關(guān)管應(yīng)用，在飽和導(dǎo)通后也存在一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)電阻等效一個(gè)線性電阻，其電阻的阻值和兩端的電壓降和流過(guò)的電流符合歐姆定律的關(guān)系，電流大壓降就大，電流小壓降就小，導(dǎo)通后既然等效是一個(gè)線性元件，線性元件就可以并聯(lián)應(yīng)用，當(dāng)這樣兩個(gè)電阻并聯(lián)在一起，就有一個(gè)自動(dòng)電流平衡的作用，所以MOS管在一個(gè)管子功率不夠的時(shí)候，可以多管并聯(lián)應(yīng)用，且不必另外增加平衡措施（非線性器件是不能直接并聯(lián)應(yīng)用的）。

MOS管和普通的晶體三極管相比，有以上11項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，就足以使MOS管在開(kāi)關(guān)運(yùn)用狀態(tài)下完全取代普通的晶體三極管。目前的技術(shù)MOS管道VDS能做到1000V，只能作為開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)管應(yīng)用，隨著制造工藝的不斷進(jìn)步，VDS的不斷提高，取代顯像管電視機(jī)的行輸出管也是近期能實(shí)現(xiàn)的。

首先我們可以看看MOS管的構(gòu)造圖：

結(jié)合上圖和之前的知識(shí)點(diǎn)，我們將MOS管的知識(shí)劃分成九個(gè)問(wèn)題分類(lèi)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行深入了解（如果還沒(méi)看過(guò)細(xì)說(shuō)MOS管一的話，先可以點(diǎn)擊鏈接入口《細(xì)說(shuō)MOS管一》）：

第一個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：如何進(jìn)行MOS管p/n型的劃分？

從MOS管結(jié)構(gòu)示意圖我們可以看出，p型中間一個(gè)窄長(zhǎng)條就是溝道，使得左右兩塊P型極連在一起，mos管導(dǎo)通后是電阻特性，因此它的一個(gè)重要參數(shù)就是導(dǎo)通電阻，選用mos管必須清楚這個(gè)參數(shù)是否符合需求，同理，n型MOS也可以將上圖理解成為n型即可；

第二個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：如何區(qū)分MOS管的源極和漏極？

MOS管結(jié)構(gòu)示意圖中，我們可以看出左右是對(duì)稱(chēng)的，難免會(huì)有人問(wèn)怎么區(qū)分源極和漏極呢？其實(shí)原理上，源極和漏極確實(shí)是對(duì)稱(chēng)的，是不區(qū)分的。但在實(shí)際應(yīng)用中，廠家一般在源極和漏極之間連接一個(gè)二極管，起保護(hù)作用，正是這個(gè)二極管決定了源極和漏極，這樣，封裝也就固定了，便于實(shí)用

第三個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：什么是增強(qiáng)型MOS管？

增強(qiáng)型是通過(guò)“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來(lái)導(dǎo)通，由上圖可以看出，柵極電壓越低，則p型源、漏極的正離子就越靠近中間，n襯底的負(fù)離子就越遠(yuǎn)離柵極，柵極電壓達(dá)到一個(gè)值，叫閥值或坎壓時(shí)，由p型游離出來(lái)的正離子連在一起，形成通道，就是圖示效果。因此，容易理解，柵極電壓必須低到一定程度才能導(dǎo)通，電壓越低，通道越厚，導(dǎo)通電阻越小。由于電場(chǎng)的強(qiáng)度與距離平方成正比，因此，電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度之后，電壓下降引起的溝道加厚就不明顯了，也是因?yàn)閚型負(fù)離子的“退讓”是越來(lái)越難的。耗盡型的是事先做出一個(gè)導(dǎo)通層，用柵極來(lái)加厚或者減薄來(lái)控制源漏的導(dǎo)通。但這種管子一般不生產(chǎn)，在市面基本見(jiàn)不到。所以，大家平時(shí)說(shuō)mos管，就默認(rèn)是增強(qiáng)型的。

第四個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：mos管中的金屬氧化物膜是什么東西？

mos管結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)出的金屬氧化物膜位于上邊部位，這個(gè)膜是絕緣的，用來(lái)電氣隔離，使得柵極只能形成電場(chǎng)，不能通過(guò)直流電，因此是用電壓控制的。在直流電氣上，柵極和源漏極是斷路。不難理解，這個(gè)膜越薄：電場(chǎng)作用越好、坎壓越小、相同柵極電壓時(shí)導(dǎo)通能力越強(qiáng)。壞處是：越容易擊穿、工藝制作難度越大而價(jià)格越貴。例如導(dǎo)通電阻在歐姆級(jí)的，1角人民幣左右買(mǎi)一個(gè)，而2402等在十毫歐級(jí)的，要2元多（批量買(mǎi)。零售是4元左右）。

第五個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：MOS管的寄生電容是什么？

MOS管結(jié)構(gòu)示意圖中的柵極通過(guò)金屬氧化物與襯底形成一個(gè)電容，越是高品質(zhì)的mos，膜越薄，寄生電容越大，經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級(jí)。這個(gè)參數(shù)是mos管選擇時(shí)至關(guān)重要的參數(shù)之一，必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷，經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開(kāi)關(guān)頻率，在這種用途中，柵極信號(hào)具有交流特征，頻率越高，交流成分越大，寄生電容就能通過(guò)交流電流的形式通過(guò)電流，形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)生的熱量不可忽視，甚至成為主要問(wèn)題。為了追求高速，需要強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)，也是這個(gè)道理。試想，弱驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間變?yōu)楦唠娖?，但是為?ldquo;灌滿”寄生電容需要時(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生上升沿變緩，對(duì)開(kāi)關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。

第六個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：MOS管如何工作在放大區(qū)？

Mos管也能工作在放大區(qū)，而且很常見(jiàn)。做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等，都是利用mos管工作在放大區(qū)，由于mos管的特性，當(dāng)溝道處于似通非通時(shí)，柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無(wú)窮大，當(dāng)然，隨頻率增加阻抗就越來(lái)越小，一定頻率時(shí)，就變得不可忽視。這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放，運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。這是三極管不可比擬的。

第七個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：MOS管發(fā)熱原因是什么？

Mos管發(fā)熱，主要原因之一是寄生電容在頻繁開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)，顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗，形成電流。有電流就有發(fā)熱，并非電場(chǎng)型的就沒(méi)有電流。另一個(gè)原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時(shí)，導(dǎo)通狀態(tài)要“路過(guò)”一個(gè)由關(guān)閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn)，這時(shí)，導(dǎo)通電阻很大，發(fā)熱比較厲害。第三個(gè)原因是導(dǎo)通后，溝道有電阻，過(guò)主電流，形成發(fā)熱。主要考慮的發(fā)熱是第1和第3點(diǎn)。許多mos管具有結(jié)溫過(guò)高保護(hù)，所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度，一般是150攝氏度。超過(guò)此溫度，mos管不可能導(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。要注意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。

第八個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：MOS管理論圖與實(shí)物有什么區(qū)別？

MOS管結(jié)構(gòu)示意圖僅僅是原理性的，實(shí)際的元件增加了源-漏之間跨接的保護(hù)二極管，從而區(qū)分了源極和漏極。實(shí)際的元件，p型的，襯底是接正電源的，使得柵極預(yù)先成為相對(duì)負(fù)電壓，因此p型的管子，柵極不用加負(fù)電壓了，接地就能保證導(dǎo)通。相當(dāng)于預(yù)先形成了不能導(dǎo)通的溝道，嚴(yán)格講應(yīng)該是耗盡型了。好處是明顯的，應(yīng)用時(shí)拋開(kāi)了負(fù)電壓。

第九個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：MOS管的應(yīng)用包含哪些？

1：p型mos管應(yīng)用

一般用于管理電源的通斷，屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，柵極低電平就完全導(dǎo)通，高電平就完全截止。而且，柵極可以加高過(guò)電源的電壓，意味著可以用5v信號(hào)管理3v電源的開(kāi)關(guān)，這個(gè)原理也用于電平轉(zhuǎn)換。

2：n型mos管應(yīng)用

一般用于管理某電路是否接地，屬于無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，柵極高電平就導(dǎo)通導(dǎo)致接地，低電平截止。當(dāng)然柵極也可以用負(fù)電壓截止，但這個(gè)好處沒(méi)什么意義。其高電平可以高過(guò)被控制部分的電源，因?yàn)闁艠O是隔離的。因此可以用5v信號(hào)控制3v系統(tǒng)的某處是否接地，這個(gè)原理也用于電平轉(zhuǎn)換。

3：MOS管放大區(qū)應(yīng)用

工作于放大區(qū)，一般用來(lái)設(shè)計(jì)反饋電路，需要的專(zhuān)業(yè)知識(shí)比較多，類(lèi)似運(yùn)放，這里無(wú)法細(xì)說(shuō)。常用做鏡像電流源、電流反饋、電壓反饋等。至于運(yùn)放的集成應(yīng)用，我們其實(shí)不用關(guān)注。人家都做好了，看好datasheet就可以了，不用按mos管方式去考慮導(dǎo)通電阻和寄生電容。

第十個(gè)MOS管問(wèn)題分類(lèi)：：MOS管基本應(yīng)用在哪些產(chǎn)品？

現(xiàn)在的高清、液晶、等離子電視機(jī)中開(kāi)關(guān)電源部分除了采用了PFC技術(shù)外，在元器件上的開(kāi)關(guān)管均采用性能優(yōu)異的MOS管取代過(guò)去的大功率晶體三極管，使整機(jī)的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。由于MOS管和大功率晶體三極管在結(jié)構(gòu)、特性有著本質(zhì)上的區(qū)別，在應(yīng)用上；驅(qū)動(dòng)電路也比晶體三極管復(fù)雜，致使維修人員對(duì)電路、故障的分析倍感困難，此文即針對(duì)這一問(wèn)題，把MOS管及其應(yīng)用電路作簡(jiǎn)單介紹，以滿足維修人員需求。
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