认识 MOS 管

MOSFET 是金属氧化物场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）的缩写，MOSFET 的发明是为了克服场效应晶体管（Field-Effect Transistor）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

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WhatareMOSFETs?|Semiconductor|SHINDENGENELECTRICMFG.CO.,LTD

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MOS 管结构-CSDN 博客

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工作原理

MOS 管的主要原理是通过控制栅极 Gate 和源极 Source 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 沟道的电子或 P 沟道的空穴）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。

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 施加正电压时，G（栅极）电压大于 S（源极）电压，NMOS 变为 ON（导通状态）。

当对 施加负电压时，G（栅极）电压小于 S（源极）电压，PMOS 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。

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。

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 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。

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（+ve）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（-ve）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。

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。

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。

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由 决定。