介绍MOS管结构构造、特点及实用电路
名称
MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), 即金属氧化物半导体型场效应管,属于场效应管中的绝缘栅型。因此,MOS管有时被称为绝缘栅场效应管。本文就结构构造、特点、实用电路等几个方面用工程师的话简单描述。
结构
在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区,并用金属铝引出两个电极,分别作为漏极D和源极S。然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层膜,在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极,作为栅极G。这就构成了一个N沟道(NPN型)增强型MOS管。显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。图1-1所示A、B分别是它的结构图和代表符号。
同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上,用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区,及上述相同的栅极制作过程,就制成为一个P沟道(PNP型)增强型MOS管。图1-2所示A、B分别是P沟道MOS管道结构图和代表符号。
图 1-1-A
图 1-2-B
解释1:沟道
上面图中,下边的P型中间一个窄长条就是沟道,使得左右两块P型极连在一起,因此mos管导通后是电阻特性,因此它的一个重要参数就是导通电阻,选用mos管必须清楚,这个参数是否符合需求。
解释2:N型
上图表示的是p型mos管,读者可以依据此图理解N型的,都是反过来即可。因此,不难理解,N型的如图在栅极加正压会导致导通,而P型的相反。
解释3:增强型
相对于耗尽型,增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通,如图。栅极电压越低,则P型源、漏极的正离子就越靠近中间,N衬底的负离子就越远离栅极,栅极电压达到一个值,叫阀值或坎压时,由P型游离出来的正离子连在一起,形成通道,就是图示效果。因此,容易理解,栅极电压必须低到一定程度才能导通,电压越低,通道越厚,导通电阻越小。由于电场的强度与距离平方成正比,因此,电场强到一定程度之后,电压下降引起的沟道加厚就不明显了,也是因为N型负离子的“退让”是越来越难的。耗尽 型的是事先做出一个导通层,用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。但这种管子一般不生产,在市面基本见不到。所以,大家平时说mos管,就默认是增强型的。
解释4:左右对称
图示左右是对称的,难免会有人问怎么区分源极和漏极呢?其实原理上,源极和漏极确实是对称的,是不区分的。但在实际应用中,一般在源极和漏极之间连接一个二极管,起保护作用,正是这个二极管决定了源极和漏极。
解释5:金属氧化物膜
图中有指示,这个膜是绝缘的,用来电气隔离,使得栅极只能形成电场,不能通过直流电,因此是用电压控制的。在直流电气上,栅极和源漏极是断路。不难理解,这个膜越薄:电场作用越好、坎压越小、相同栅极电压时导通能力越强。坏处是:越容易击穿、工艺制作难度越大而价格越贵。
解释6:与实物的区别
上图仅仅是原理性的,实际的元件增加了源-漏之间跨接的保护二极管,从而区分了源极和漏极。实际的元件,P型的,衬底是接正电源的,使得栅极预先成为相对负电压,因此P型的管子,栅极不用加负电压了,接地就能保证导通。相当于预先形成了不能导通的沟道,严格讲应该是耗尽型了。好处是明显的,应用时抛开了负电压。
解释7:寄生电容
上图的栅极通过金属氧化物与衬底形成一个电容,越是高品质的mos,膜越薄,寄生电容越大,经常mos管的寄生电容达到nF级。这个参数是mos管选择时至关重要的参数之一,必须考虑清楚。Mos管用于控制大电流通断,经常被要求数十K乃至数M的开关频率,在这种用途中,栅极信号具有交流特征,频率越高,交流成分越大,寄生电容就能通过交流电流的形式通过电流,形成栅极电流。消耗的电能、产生的热量不可忽视,甚至成为主要问题。为了追求高速,需要强大的栅极驱动,也是这个道理。试想,弱驱动信号瞬间变为高电平,但是为了“灌满”寄生电容需要时间,就会产生上升沿变缓,对开关频率形成重大威胁直至不能工作。
解释8:如何工作在放大区
Mos管也能工作在放大区,而且很常见。做镜像电流源、运放、反馈控制等,都是利用mos管工作在放大区,由于mos管的特性,当沟道处于似通非通时,栅极电压直接影响沟道的导电能力,呈现一定的线性关系。由于栅极与源漏隔离,因此其输入阻抗可视为无穷大,当然,随频率增加阻抗就越来越小,一定频率时,就变得不可忽视。这个高阻抗特点被广泛用于运放,运放分析的虚连 、虚断两个重要原则就是基于这个特点。这是三极管不可比拟的。
解释9:发热原因
Mos管发热,主要原因之一是寄生电容在频繁开启关闭时,显现交流特性而具有阻抗,形成电流。有电流就有发热,并非电场型的就没有电流。另一个原因是当栅极电压爬升缓慢时,导通状态要“路过”一个由关闭到导通的临界点,这时,导通电阻很大,发热比较厉害。第三个原因是导通后,沟道有电阻,过主电流,形成发热。主要考虑的发热是第1和第3点。许多mos管具有结温过高保护,所谓结温就是金属氧化膜下面的沟道区域温度,一般是150摄氏度。超过此温度,mos管不可能导通。温度下降就恢复。要注意这种保护状态的后果。
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由Vicky转载自台懋,原文标题为:TMC 科普课堂系列——MOS 管结构,原理及应用,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。
相关研发服务和供应服务
相关推荐
TMC科普课堂系列——解析MOS管的判定、连接要点、开关条件、重要参数等
本文台懋介绍了MOS管三个极怎么判定、N沟道还是P沟道、寄生二极管方向如何、MOS管用作开关时在电路中的连接关键点、开关条件、重要参数、管脚识别、MOS反向导通等内容。
技术探讨 发布时间 : 2024-11-06
开关电源MOS管的8大损耗计算及6大选型原则
在器件设计选择过程中需要对MOSFET的工作过程损耗进行先期计算(所谓先期计算是指在没能够测试各工作波形的情况下,利用器件规格书提供的参数及工作电路的计算值和预计波形,套用公式进行理论上的近似计算)。本文介绍开关电源MOS的8大损耗计算与选型原则。
技术探讨 发布时间 : 2024-06-27
TMC科普课堂系列——MOS管工作原理、基本特性及极性符号解析
本文台懋详细介绍了MOS管工作原理、基本特性及极性符号。
技术探讨 发布时间 : 2024-11-06
场效应晶体管技术解析,JFET与MOSFET的原理、区别及应用
FET分为JFET(结型场效应晶体管)和MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。两者都主要用于集成电路,并且在工作原理上非常相似,但是它们的组成略有不同。让我们详细认识下两者。
设计经验 发布时间 : 2024-04-20
台懋MOSFET选型表
如下表格可为客户提供台懋MOSFET选型参数,具有多种封装,N/P沟道,VDS:-100-500V,VGS:-25-25V,认证等级消费级。
产品型号
|
品类
|
封装
|
MOSFET Type
|
VDS (V)
|
VGS (V)
|
Vth typ.(V)
|
ID (A)
|
Ciss (PF)
|
TM02N02I
|
MOSFET
|
SOT-23
|
N
|
20
|
±10
|
0.7
|
2.3
|
124
|
选型表 - 台懋 立即选型
4种常见的MOS管驱动电路
MOS管因为其导通内阻低,开关速度快,因此被广泛应用在开关电源上。而用好一个MOS管,其驱动电路的设计就很关键。本文分享几种常用的驱动电路。
技术探讨 发布时间 : 2024-05-29
工程师必看!4种常见的MOS管栅极驱动电路
MOS管因为其导通内阻低,开关速度快,因此被广泛应用在开关电源上。而用好一个MOS管,其驱动电路的设计就很关键。本文介绍4种常用的驱动电路。
技术探讨 发布时间 : 2024-04-20
TMC科普课堂系列——MOS管的重要特性,及在开关电源电路中大功率MOS管和晶体三极管的优点
本文台懋解析了MOS管和晶体三极管相比的重要特性,以及在开关电源电路中,大功率MOS管和大功率晶体三极管相比MOS管的优点。
技术探讨 发布时间 : 2024-11-06
解析静电对MOS管的危害及其应对方法
静电对MOS管的危害是什么?又该如何应对?本文中台懋来为大家解析一二,希望对各位工程师朋友有所帮助。
技术探讨 发布时间 : 2024-04-17
面对MOS管小电流发热,该如何解决?
Source、Drain、Gate分别对应场效应管的三极:源极S、漏极D、栅极G。本文介绍MOSFET的击穿有方式及如何处理mos管小电流发热严重情况。
设计经验 发布时间 : 2024-05-31
MOS管的GS波形分析及如何消除GS波形振荡?
本文介绍如何消除MOS管的GS波形振荡。对于咱们电源工程师来讲,我们很多时候都在看波形,看输入波形,MOS开关波形,电流波形,输出二极管波形,芯片波形,MOS管的GS波形,我们拿开关GS波形为例来聊一下GS的波形。
技术探讨 发布时间 : 2024-04-18
关于锂电市场MOS管选型判断
单节锂电池:组成电池组和电池包的最基本的元素,一般能提供的电压是3.7V-4.2V之间;电池组:由多个单体集合,构成一个单一的物理模块,提供更高的电压和容量(例如,一个电池模块,使用四个单体串联提供名义上的12V的电压,或者多个单体并联提供更大的容量)。
技术探讨 发布时间 : 2024-04-20
电子商城
现货市场
服务
可根据用户的MOSFET管进行参数检测出具报告,静态参数最大电压:7500V、检测最大电流6000A;动态参数最大电压:3300V、检测最大电流:4500A。该测试标准满足GB、IEC及行业标准等,具备可靠性评估及老化实验能力。
实验室地址: 西安 提交需求>
定制液冷板尺寸5mm*5mm~3m*1.8m,厚度2mm-100mm,单相液冷板散热能力最高300W/cm²。
最小起订量: 1片 提交需求>
登录 | 立即注册
提交评论