元器件学习（2）：MOS管

一、基本概念

场效应晶体管（FET）可分为结场效应晶体管（JFET）和MOS场效应晶体管（MOS-FET）。工作方式有两种：当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗尽型；当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。

MOS，是MOSFET的缩写，金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。可分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。如图。箭头指向G极的是N沟道，背向G极的是P沟道。
MOS有三个电极：G：gate 栅极；S：source 源极；D：drain 漏
不论是P沟道还是N沟道，两根线相交的就是S极，单独引线的一边就是D极。

管脚

方向摆正后，单独一脚为D，左边为G，右边为S。
编号从G脚开始，逆时针1 2 3。

（六脚）辨别

（八脚）不论NMOS管还是PMOS管，D极单独位于一边，而G极是第4PIN。剩下的3个脚则是S极。

特点

• 放大能力较差
• 栅极几乎不取电流
• 多子参与导电，温度稳定性好、抗辐射能力强
• 在源极金属与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用
• 噪声系数很小

导电沟道（反型层的形成）

在UGS=0时，无论UDS的大小和极性，都会使得2个GS和DG这两个PN结中一个正偏，另一个反偏。但是由于两个N区之间被P衬底隔离，所以没有办法形成电流。如左图。

当在栅源极之间加上正向电压（所谓的正向电压永远是指电场方向是从P区指向N区）后，则在栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的少子电子被吸引到衬底表面。当UGS增加大一定大小时，随着SiO2绝缘层中电场的增强，会将更多的电子吸引到P衬底的表面，于是栅极附近会形成一个N型薄层，且与两个N区联通。此时就形成了导电沟道，于是在DS之间就有电流可以通过了，如右图所示。
在这个阶段，如果UDS保持不变，UGS增加会导致导电沟道变厚，从而ID变大。

预夹断

1

寄生二极管

一般小功率MOS管是平面结构，无寄生二极管。大功率MOS管漏极从硅片底部引出，会有寄生二极管。当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过这个二极管导出来，不至于击穿这个MOS管；也可以在电路有反向感生电压时，为反向感生电压提供通路，避免反向感生电压击穿MOS管。起到保护MOS管的作用。
不论N沟道还是P沟道MOS管，中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的：要么都由S指向D，要么都有D指向S。

万用表测量：将万用表档位拨至二极管档，红表笔接S,黑表笔接D，有数值显示，反过来接无数值，说明是N沟道，若情况相反是P沟道。

作用

1. 信号切换
2. 电压通断
3. 缓启动用
4. 防反接用
5. 作逻辑转换用

二、MOS管作开关

电路连接

NMOS：D极接输入，S极接输出
PMOS：S极接输入，D极接输出

反证法：

NMOS假如：S接输入，D接输出。由于寄生二极管直接导通，因此S极电压可以无条件到D极，MOS管就失去了开关的作用。
同理。PMOS假如：D接输入，S接输出，情况同上。

开关条件

N沟道—导通时 Ug> Us,Ugs> Ugs(th)时导通
P沟道—导通时 Ug< Us,Ugs< Ugs(th)时导通
也即导通条件：|Ugs|>|Ugs(th)|

三、特性曲线

上图为漏极输出特性曲线，下图为转移特性曲线。

参考自：
1、百度百科：MOS、场效应管
2、MOS管基本认识（快速入门）
3、三极管和MOS管工作原理详解

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