一文了解MOSFET分类、工作原理及工作区域
一、MOSFET的概念
MOSFET，全称为金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET），是一种利用电场效应来控制导通和关断的晶体管，广泛应用于电子电路中。
二、MOSFET的分类
MOSFET是一种四端器件，由源极(S)、漏极(D)、栅极(G)和衬底(B)组成。通常，衬底与源极相连，从而简化为三端器件。根据操作类型，MOSFET主要分为增强型和耗尽型两大类。
在材料上，MOSFET分为n沟道和p沟道两种。结合操作类型，我们得到以下四种不同类型的MOSFET：N沟道耗尽型MOSFET、P沟道耗尽型MOSFET、N沟道增强型MOSFET、P沟道增强型MOSFET。
2.1、N沟道MOSFET
N沟道MOSFET称为NMOS，用以下符号表示。
图1. N沟道MOS管符号图
根据MOSFET的内部结构，在耗尽型MOSFET中，栅极（G）、漏极（D）、和源极（S）、引脚是物理连接的，而增强型它们是物理分离的，这就是为什么增强模式MOSFET的符号中间有虚线。
2.2、P 沟道MOSFET
图2. P沟道MOS管电路符号图
在四种类型的MOSFET中，N沟道增强型MOSFET是最常用的MOSFET。
三、MOSFET的工作原理
通过在栅极施加电压，能够在源极和漏极之间形成一个电场，控制电流的导通与截止。当栅极电压超过某一阈值电压时，MOSFET进入导通状态，允许电流从漏极流向源极；反之，当栅极电压低于阈值电压时，MOSFET截止，阻止电流流动。
图3. MOSFET的结构图
当漏源电压（VDS）为正，且栅极未施加电压时，漏极的PN结处于反向偏置状态，而源极的PN结则处于正向偏置状态。此时，漏极与源极之间无电流流过。
若在栅极施加正电压，P型衬底中的少数载流子（电子）开始被吸引到栅极附近，从而在两个n+区域之间形成导电沟道，即图3中的N型区域。在栅极接触处积累的自由电子的数量取决于施加的正电压的强度。施加的电压越高，由于电子积累而形成的 n 沟道宽度越大，超过阈值电压时将产生漏极电流。
在未对栅极施加电压的情况下，除了由少数载流子引起的微弱电流外，MOSFET中几乎无电流流动。这个使MOSFET开始导通的最小栅极电压被称为阈值电压。
以N沟道增强型MOSFET为例，如下图4所示：
图4. MOS管在增强模式下工作原理图
漏源电压为正，且VGG处具有大于阈值电压的正电位时，少数载流子即空穴被排斥而多数载流子即电子被吸引向SiO2层，形成导电沟道，MOSFET被开启，使漏极电流ID从漏极流到源极。当VGG进一步增加时，导电沟道的宽度变大，电流ID增加。因此，施加的VGG越大，漏极电流ID的值就越大。由于电子流的增加比耗尽模式更好，电流得到增强。因此，这种模式被称为增强模型MOSFET。
四、MOSFET的工作区域
4.1、截止区域
截止区域是将处于关闭状态并且零电流流过它的区域。在这里，该装置起到基本开关的作用，并在需要它们作为电气开关操作时使用。
这里MOSFET的工作条件是：
1、零输入栅极电压 ( VIN )
2、零漏极电流ID
3、输出电压VDS = VDD。
因此，对于增强型MOSFET，导电通道关闭，器件“关闭”。
4.2、饱和区域
饱和区器件的漏源电流值将不随漏源电压的变化而变化。当漏极到源极端子的电压增加超过夹断电压值时，该器件用作闭合开关，其中饱和电流通过漏极到源极端流动。因此，当器件应该执行切换时选择饱和区域。
4.3、线性/欧姆区域
MOSFET在工作在线性区（也称为欧姆区）时，主要起到类似于可变电阻的作用，电流与漏极-源极电压近似成线性关系。这种特性使其在模拟电路中具有多种重要应用。
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产品型号
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品类
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击穿电压(V)
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额定电流(A)
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阈值电压(V)
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导通电阻(Ohm)典型值
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导通电阻(Ohm)最大值
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封装形式
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备注
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FTX30P35G
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增强型MOSFET
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-350
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-0.2
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-1～-3
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18
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30
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SOT-89
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产品型号
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品类
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BVDSS (V)
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RDSON(Ω) Typ.
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ID (A)
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VGS (V)
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Package
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DMZ1511NE
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耗尽型MOSFET
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150
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10~25
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0.1
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-3.3~-1.5
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