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MOS管是什么,MOS管的結(jié)構(gòu)原理介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-07-18 18:33:22
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MOS管是什么,MOS管的結(jié)構(gòu)原理介紹
MOS管是金屬 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半導(dǎo)體 (semiconductor) 場(chǎng)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(duì)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(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的,即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能,這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)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(gè)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管通過投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過晶體管的電流。事實(shí)上沒有電流流過這個(gè)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(lái)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(chǎng)效應(yīng)管 (MOSFET) 。因?yàn)镸OS管更小更省電,所以他們已經(jīng)在很多應(yīng)用場(chǎng)合取代了雙極型晶體管。
MOS管的優(yōu)勢(shì):可應(yīng)用于放大,由于場(chǎng)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(jí)放大器的輸入級(jí)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(jì)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(hào)源負(fù)載,易于跟前級(jí)匹配
MOS管結(jié)構(gòu)原理圖解
結(jié)構(gòu)和符號(hào) (以N溝道增強(qiáng)型為例) —— 在一塊濃度較低的P型硅上擴(kuò)散兩個(gè)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(gè)電極作為柵極。
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
其他MOS管符號(hào):
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
工作原理(以N溝道增強(qiáng)型為例)
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
VGS=0時(shí),不管VDS極性如何,其中總有一個(gè)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
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
VGS>0時(shí),在Sio2介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng),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(shí)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↑
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
VGS ≥ VT時(shí)而VDS較小時(shí):VDS↑ → ID↑
VT:開啟電壓,在VDS作用下開始導(dǎo)電時(shí)的VGS,VT = VGS — VDS
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
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(gè)極分別是什么及判定方法
mos管的三個(gè)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。
MOS管是什么 結(jié)構(gòu)原理
判斷柵極G
MOS驅(qū)動(dòng)器主要起波形整形和加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的作用:假如MOS管的G信號(hào)波形不夠陡峭,在點(diǎn)評(píng)切換階段會(huì)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(hào)驅(qū)動(dòng)能力不夠,將嚴(yán)峻影響波形跳變的時(shí)間。將G-S極短路,選擇萬(wàn)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(wú)限大,并且交換表筆后仍為無(wú)限大,則證實(shí)此腳為G極,由于它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。
判斷源極S、漏極D
將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別丈量三個(gè)管腳之間的電阻。用交換表筆法測(cè)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(shí)黑表筆的是S極,紅表筆接D極。因?yàn)闇y(cè)試前提不同,測(cè)出的RDS(on)值比手冊(cè)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(gè)PN結(jié),因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異,可識(shí)別S極與D極。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測(cè)一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。
測(cè)試步驟
MOS管的檢測(cè)主要是判斷MOS管漏電、短路、斷路、放大。假如有阻值沒被測(cè),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(wàn)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(wú)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(lái),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(wú)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(shí)表針指示的值一般是0,這時(shí)是下電荷通過這個(gè)電阻對(duì)MOS管的柵極充電,產(chǎn)生柵極電場(chǎng),因?yàn)殡妶?chǎng)產(chǎn)生導(dǎo)致導(dǎo)電溝道致使漏極和源極導(dǎo)通,故萬(wàn)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(shí)Q27導(dǎo)通,將VCC—DDR內(nèi)存電壓降壓,得到1.2V—HT總線供電,而U22A的1腳輸出低電平時(shí)Q27截止,1.2V_HT總線電壓為0V。
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