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(rèn)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管的優(yōu)勢: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。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,可以用作可變電阻,可以方便地用作恒流源,可以用作電子開關(guān)。在電路設(shè)計上的靈活性大,柵偏壓可正可負(fù)可零,三極管只能在正向偏置下工作,電子管只能在負(fù)偏壓下工作;另外輸入阻抗高,可以減輕信號源負(fù)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。
其他MOS管符號:
工作原理(以N溝道增強型為例)
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
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(dá)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↑
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
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管三個極分別是什么及判定方法
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。
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(yán)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(yán)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。
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。
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)=,大于(典型值)。
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—HT總線供電,而U22A的1腳輸出低電平時Q27截止,_HT總線電壓為0V。
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