mos管工作原理及作用分析

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描述

  金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金氧半场效晶体管,是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。MOSFET依照其“通道”(工作载流子)的极性不同,可分为“N型”与“P型” 的两种类型,通常又称为NMOSFET与PMOSFET,其他简称尚包括NMOS、PMOS等。MOS管的源极(source)和漏极(drain)是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。

MOS管

  mos管的工作原理


         它是利用VGS来控制“感应电荷”的多少,以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况,然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时,通过工艺使绝缘层中出现大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时,沟道内被感应的电荷量也改变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。下面是MOS管的原理图。

MOS管

  无论N型或者P型MOS管,其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,MOS管的开关速度应该比三极管快。

  MOS管的内部结构如下图所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET,大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
 

MOS管

 

  其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻,该管导通时在两个高浓度n扩散区间形成n型导电沟道。n沟道增强型MOS管必须在栅极上施加正向偏压,且只有栅源电压大于阈值电压时才有导电沟道产生的n沟道MOS管。n沟道耗尽型MOS管是指在不加栅压(栅源电压为零)时,就有导电沟道产生的n沟道MOS管。

  MOS管的输入、输出特性,对于共源极接法的电路,源极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离,所以栅极电流为0。

MOS管
图(a)为共源极接法的电路,输出特性曲线如右图所示。

 

  当VGS

MOS管

 

  MOS管作为开关元件,同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件,所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。下面以NMOS管为例介绍其特性。

MOS管
图 (a)为由NMOS增强型管构成的开关电路。

  NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

  PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

  mos管的作用:

  1、可应用于放大电路。由于MOS管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。

  2、很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

  3、可以用作可变电阻。

  4、可以方便地用作恒流源。

  5、可以用作电子开关。

  MOS管为压控元件,你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通,它的导通就像三极管在饱和状态一样,导通结的压降最小。这就是常说的精典是开关作用。去掉这个控制电压经就截止。

  我们知道MOS管对于整个供电系统起着稳压的作用,但是MOS管不能单独使用,它必须和电感线圈、电容等共同组成的滤波稳压电路,才能发挥充分它的优势。

  主板上的PWM(Plus Width Modulator,脉冲宽度调制器)芯片产生一个宽度可调的脉冲波形,这样可以使两只MOS管轮流导通。当负载两端的电压(如CPU需要的电压)要降低时,这时MOS管的开关作用开始生效,外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端的电压升高时,通过MOS管的开关作用,外部电源供电断开,电感释放出刚才充入的能量,这时的电感就变成了“电源”,继续对负载供电。随着电感上存储能量的不断消耗,负载两端的电压又开始逐渐降低,外部电源通过MOS管的开关作用又要充电。这样循环不断地进行充电和放电的过程,从而形成一种稳定的电压,永远使负载两端的电压不会升高也不会降低。

 

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zx2414 2019-08-01
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电力电子好难啊 收起回复
雨荨汐 2019-08-01
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电力电子技术课好像是一路睡过来的 收起回复
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