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MOS管入门----只谈应用，不谈原理

由 cathy 提交于周二, 16 四月 2019 - 16:40

大学的时候看到电路中涉及到MOS管的使用，指定头大。前几天偶然看见一篇文档《MOS管原理，非常详细》，对MOS管的使用总结的很透彻，所以整理到这里。以下以增强型MOS管为例解释说明。

1. 三个极怎么判定

G极(gate)—栅极，不用说比较好认
S极(source)—源极，不论是P沟道还是N沟道，两根线相交的就是
D极(drain)—漏极，不论是P沟道还是N沟道，是单独引线的那边

2. N沟道还是P沟道

绝缘型场效应管的栅极与源极、栅极和漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。又因栅极为金属铝，故又称为MOS管。它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多，可达1010Ω以上，还因为它比结型场效应管温度稳定性好、集成化时温度简单，而广泛应用于大规模和超大规模集成电路中。

与结型场效应管相同，MOS管工作原理动画示意图也有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管，凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。

1、工作性质：三极管用电流控制，MOS管属于电压控制.
2、成本问题：三极管便宜，mos管贵。
3、功耗问题：三极管损耗大。
4、驱动能力：mos管常用来电源开关，以及大电流地方开关电路。

三极管比较便宜，用起来方便，常用在数字电路开关控制。

MOS管用于高频高速电路，大电流场合，以及对基极或漏极控制电流比较敏感的地方。

MOS管不仅可以做开关电路，也可以做模拟放大，因为栅极电压在一定范围内的变化会引起源漏间导通电阻的变化。

二者的主要区别就是：

双极型管是电流控制器件（通过基极较小的电流控制较大的集电极电流），MOS管是电压控制器件（通过栅极电压控制源漏间导通电阻）。

MOS管(场效应管)的导通压降下，导通电阻小，栅极驱动不需要电流，损耗小，驱动电路简单，自带保护二极管，热阻特性好，适合大功率并联，缺点开关速度不高，比较昂贵。

三极管开关速度高，大型三极管的Ic可以做的很大，缺点损耗大，基极驱动电流大，驱动复杂。

一般来说低成本场合，普通应用的先考虑用三极管，不行的话考虑MOS管。

对于咱们电源工程师来讲，我们很多时候都在波形，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。

我们测死MOS管GS波形时，有时会看到下图中的这种波形，在芯片输出端是非常好的方波输出，但一旦到了MOS管的G极就出问题了，有振荡，这个振荡小的时候还能勉强过关，但是有时候振荡特别大，看着都教人担心会不会重启。

这个波形中的振荡是怎么回事？有没有办法消除？

我们一起来看看

mos管隔离驱动电路，如果驱动高压MOS管，我们需要采用变压器驱动的方式和集成的高边开关。这两个解决方案都有自己的优点和缺点，适合不同的应用。集成高边驱动器方案很方便，优点是电路板面积较小，缺点是有很大的导通和关断延迟。变压器耦合解决方案的优点是延迟非常低，可以在很高的压差下工作。常它需要更多，缺点是需要很多的元件并且对变压器的运行有比较深入的认识。变压器常见问题和与MOS管驱动相关的问题：

变压器有两个绕组，初级绕组和次级绕组实现了隔离，初级和次级的匝数比变化实现了电压缩放，对于我们的设计一般不太需要调整电压，隔离却是我们最注重的。理想情况下，变压器是不储存能量的（反激“变压器”其实是耦合电感）。不过实际上变压器还是储存了少量能量在线圈和磁芯的气隙形成的磁场区域，这种能量表现为漏感和磁化电感。对于功率变压器来说，减少漏感可以减少能量损耗，以提高效率。MOS管驱动器变压器的平均功率很小，但是在开通和关闭的时候传递了很高的电流，为了减少延迟保持漏感较低仍然是必须的。

相信很多工程师在使用电子测量仪器的时候大家都了解MOS管，下面一起看看MOS管究竟是什么？

1. MOS的三个极怎么判定？

MOS管符号上的三个脚的辨认要抓住关键地方：

G极，不用说比较好认。S极，不论是P沟道还是N沟道，两根线相交的就是。D极，不论是P沟道还是N沟道，是单独引线的那边。

2. 他们是N沟道还是P沟道？

三个脚的极性判断完后，接下就该判断是P沟道还是N沟道了：

关于MOS管一直是工程师热衷讨论的话题之一，于是我们整理了常见及不常见的MOS管的相关知识，希望对各位工程师有所帮助。下面让我们一起来聊聊MOS管这个非常重要的元器件吧！

什么是灌流电路

1、MOS管作为开关管应用的特殊驱动电路

MOS管和普通晶体三极管相比，有诸多的优点，但是在作为大功率开关管应用时，由于MOS管具有的容性输入特性，MOS管的输入端，等于是一个小电容器，输入的开关激励信号，实际上是在对这个电容进行反复的充电、放电的过程，在充放电的过程中，使MOS管道导通和关闭产生了滞后，使“开”与“关”的过程变慢，这是开关元件不能允许的（功耗增加，烧坏开关管）。

什么是MOS管？

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。在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。

1、MOS管的构造

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（Si02）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。

增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道，在VDS作用下无iD；耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道，在VDS作用下iD。
　　
1、结构和符号(以N沟道增强型为例)

在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极，半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。

其他MOS管符号

1、概述

MOS管的驱动对其工作效果起着决定性的作用。设计师既要考虑减少开关损耗，又要求驱动波形较好即振荡小、过冲小、EMI小。这两方面往往是互相矛盾的，需要寻求一个平衡点，即驱动电路的优化设计。驱动电路的优化设计包含两部分内容：一是最优的驱动电流、电压的波形；二是最优的驱动电压、电流的大小。在进行驱动电路优化设计之前，必须先清楚MOS管的模型、MOS管的开关过程、MOS管的栅极电荷以及MOS管的输入输出电容、跨接电容、等效电容等参数对驱动的影响。

2、MOS管的模型

MOS管的等效电路模型及寄生参数如图1所示。图1中各部分的物理意义为：

（1）LG和LG代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。

（2）C1代表从栅极到源端N+间的电容，它的值是由结构所固定的。

（3）C2+C4代表从栅极到源极P区间的电容。C2是电介质电容，共值是固定的。而C4是由源极到漏极的耗尽区的大小决定，并随栅极电压的大小而改变。当栅极电压从0升到开启电压UGS（th）时，C4使整个栅源电容增加10%～15%。

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