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二極管、三極管、MOS管、橋堆

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  • MOS管日常科普知識-10分鐘詳細圖解MOS管的結(jié)構(gòu)原理圖
    • 發(fā)布時間:2020-09-05 17:52:53
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    MOS管日??破罩R-10分鐘詳細圖解MOS管的結(jié)構(gòu)原理圖
    什么是MOS管
    MOS管是金屬 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半導(dǎo)體 (semiconductor) 場效應(yīng)晶體管,或者稱是金屬 — 絕緣體 (insulator) — 半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的,他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下,這個兩個區(qū)是一樣的,即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能,這樣的器件被認為是對稱的。
    雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后,在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比 (beta) 。另一種晶體管叫做場效應(yīng)管 (FET) ,把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的transconductance, 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道,而P溝道常見的為低壓MOS管。
    場效應(yīng)管通過投影一個電場在一個絕緣層上來影響流過晶體管的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體,所以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化硅來作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS) 晶體管,或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 (MOSFET) 。因為MOS管更小更省電,所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場合取代了雙極型晶體管。
    MOS管優(yōu)勢
    1、可應(yīng)用于放大,由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。
    2、很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換,常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。
    3、可以用作可變電阻
    4、可以方便地用作恒流源
    5、可以用作電子開關(guān)
    6、在電路設(shè)計上的靈活性大,柵偏壓可正可負可零,三極管只能在正向偏置下工作,電子管只能在負偏壓下工作;另外輸入阻抗高,可以減輕信號源負載,易于跟前級匹配。
    MOS管結(jié)構(gòu)原理圖解
    結(jié)構(gòu)和符號 (以N溝道增強型為例) —— 在一塊濃度較低的P型硅上擴散兩個濃度較高的N型區(qū)作為漏極和源極,半導(dǎo)體表面覆蓋二氧化硅絕緣層并引出一個電極作為柵極。
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    其他MOS管符號
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    工作原理(以N溝道增強型為例)
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    VGS=0時,不管VDS極性如何,其中總有一個PN結(jié)反偏,所以不存在導(dǎo)電溝道
    VGS=0,ID=0
    VGS必須大于0,管子才能工作
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    VGS>0時,在Sio2介質(zhì)中產(chǎn)生一個垂直于半導(dǎo)體表面的電場,排斥P區(qū)多子空穴而吸引少子電子。當(dāng)VGS達到一定值時P區(qū)表面將形成反型層把兩側(cè)的N區(qū)溝通,形成導(dǎo)電溝道。
    VGS>0 → g吸引電子 → 反型層 → 導(dǎo)電溝道
    VGS↑ → 反型層變厚 → VDS↑ → ID↑
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    VGS ≥ VT時而VDS較小時:VDS↑ → ID↑
    VT:開啟電壓,在VDS作用下開始導(dǎo)電時的VGS,VT = VGS — VDS
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    VGS 》0且VDS增大到一定值后,靠近漏極的溝道被夾斷,形成夾斷區(qū)。
    VDS↑ → ID不變
    MOS管三個極判定方法
    mos管的三個極分別是:G(柵極),D(漏極)s(源及),要求柵極和源及之間電壓大于某一特定值,漏極和源及才能導(dǎo)通。
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
    1、判斷柵極G
    MOS驅(qū)動器主要起波形整形和加強驅(qū)動的作用:假如MOS管的G信號波形不夠陡峭,在點評切換階段會造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉(zhuǎn)換效率,MOS管發(fā)燒嚴峻,易熱損壞MOS管GS間存在一定電容,假如G信號驅(qū)動能力不夠,將嚴峻影響波形跳變的時間。
    將G-S極短路,選擇萬用表的R×1檔,黑表筆接S極,紅表筆接D極,阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無限大,并且交換表筆后仍為無限大,則證實此腳為G極,由于它和另外兩個管腳是絕緣的。
    2、判斷源極S、漏極D
    將萬用表撥至R×1k檔分別丈量三個管腳之間的電阻。用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極,紅表筆接D極。因為測試前提不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。
    3、丈量漏-源通態(tài)電阻RDS(on)
    在源-漏之間有一個PN結(jié),因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異,可識別S極與D極。例如用500型萬用表R×1檔實測一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。
    4、測試步驟
    MOS管的檢測主要是判斷MOS管漏電、短路、斷路、放大。假如有阻值沒被測,MOS管有漏電現(xiàn)象,具體步驟如下:
    把連接?xùn)艠O和源極的電阻移開,萬用表紅黑筆不變,假如移開電阻后表針慢慢逐步退回到高阻或無限大,則MOS管漏電,不變則完好。然后一根導(dǎo)線把MOS管的柵極和源極連接起來,假如指針立刻返回?zé)o限大,則MOS完好。把紅筆接到MOS的源極S上,黑筆接到MOS管的漏極上,好的表針指示應(yīng)該是無限大。
    用一只100KΩ-200KΩ的電阻連在柵極和漏極上,然后把紅筆接到MOS的源極S上,黑筆接到MOS管的漏極上,這時表針指示的值一般是0,這時是下電荷通過這個電阻對MOS管的柵極充電,產(chǎn)生柵極電場,因為電場產(chǎn)生導(dǎo)致導(dǎo)電溝道致使漏極和源極導(dǎo)通,故萬用表指針偏轉(zhuǎn),偏轉(zhuǎn)的角度大,放電性越好。
    MOS管的應(yīng)用領(lǐng)域
    1、工業(yè)領(lǐng)域、步進馬達驅(qū)動、電鉆工具、工業(yè)開關(guān)電源
    2、新能源領(lǐng)域、光伏逆變、充電樁、無人機
    3、交通運輸領(lǐng)域、車載逆變器、汽車HID安定器、電動自行車
    4、綠色照明領(lǐng)域、CCFL節(jié)能燈、LED照明電源、金鹵燈鎮(zhèn)流器
    MOS管降壓電路
    圖中Q27是N溝道MOS管,U22A的1腳輸出高電平時Q27導(dǎo)通,將VCC—DDR內(nèi)存電壓降壓,得到1.2V—HT總線供電,而U22A的1腳輸出低電平時Q27截止,1.2V_HT總線電壓為0V。
    MOS管,MOS管結(jié)構(gòu),MOS管極
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