MOS管基本知識(shí),詳細(xì)詳解mos管基本知識(shí)的作用
信息來源:本站 日期:2017-05-03
MOS管學(xué)名是場(chǎng)效應(yīng)管,是金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)管,英文:MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor),屬于絕緣柵型。本文就結(jié)構(gòu)構(gòu)造、特點(diǎn)、實(shí)用電路等幾個(gè)方面用工程師的話簡單描述。
表示的是p型mos管,讀者可以依據(jù)此圖理解n型的,都是反過來即可。因此,不難理解,n型的如圖在柵極加正壓會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通,而p型的相反。
但在實(shí)際應(yīng)用中,廠家一般在源極和漏極之間連接一個(gè)二極管,起保護(hù)作用,恰是這個(gè)二極管決定了源極和漏極,這樣,封裝也就固定了,便于實(shí)用。我的年青時(shí)用過不帶二極管的mos管驅(qū)動(dòng)。圖示左右是對(duì)稱的,難免會(huì)有人問怎么區(qū)分源極和漏極呢?實(shí)在原理上,源極和漏極確實(shí)是對(duì)稱的,是不區(qū)分的。非常輕易被靜電擊穿,平時(shí)要放在鐵質(zhì)罐子里,它的源極和漏極就是隨便接。
下面圖中,下邊的p型中間一個(gè)窄長條就是溝道,使得左右兩塊P型極連在一起,因此mos管導(dǎo)通后是電阻特性,因此它的一個(gè)重要參數(shù)就是導(dǎo)通電阻,選用mos管必需清晰這個(gè)參數(shù)是否符合需求。
相對(duì)于耗盡型,增強(qiáng)型是通過“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來導(dǎo)通,如圖。因?yàn)殡妶?chǎng)的強(qiáng)度與間隔平方成正比,因此,電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度之后,電壓下降引起的溝道加厚就不顯著了,也是由于n型負(fù)離子的“退讓”是越來越難的。
這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放,運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。
mos管也能工作在放大區(qū),而且很常見。
做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等,都是利用mos管工作在放大區(qū),因?yàn)閙os管的特性,當(dāng)溝道處于似通非通時(shí),柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力,呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。因?yàn)闁艠O與源漏隔離,因此其輸入阻抗可視為無限大,當(dāng)然,隨頻率增加阻抗就越來越小,一定頻率時(shí),就變得不可忽視。這是三極管不可相比的。
主要考慮的發(fā)燒,溫度下降就恢復(fù)。要留意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。第三個(gè)原因是導(dǎo)通后,溝道有電阻,過主電流,形成發(fā)燒。
很多mos管具有結(jié)溫過高保護(hù),所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度,一般是150攝氏度。超過此溫度,mos管不可能導(dǎo)通。另一個(gè)原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時(shí),導(dǎo)通狀態(tài)要“途經(jīng)”一個(gè)由封閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn),這時(shí),導(dǎo)通電阻很大,發(fā)燒比較厲害。有電流就有發(fā)燒,并非電場(chǎng)型的就沒有電流。
mos管發(fā)燒,主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟封閉時(shí),顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗,形成電流。
相稱于預(yù)先形成了不能導(dǎo)通的溝道,嚴(yán)格講應(yīng)該是耗盡型了。下圖僅僅是原理性的,實(shí)際的元件增加了源-漏之間跨接的保護(hù)二極管,從而區(qū)分了源極和漏極。實(shí)際的元件,p型的,襯底是接正電源的,使得柵極預(yù)先成為相對(duì)負(fù)電壓,因此p型的管子,柵極不用加負(fù)電壓了,接地就能保證導(dǎo)通。好處是顯著的,應(yīng)用時(shí)拋開了負(fù)電壓。
在直流電氣上,柵極和源漏極是斷路。不難理解,這個(gè)膜越?。弘妶?chǎng)作用越好、坎壓越小、相同柵極電壓時(shí)導(dǎo)通能力越強(qiáng)。 壞處是:越輕易擊穿、工藝制作難度越大而價(jià)格越貴。例如導(dǎo)通電阻在歐姆級(jí)的,而2402等在十毫歐級(jí)的,圖中有指示,這個(gè)膜是絕緣的,用來電氣隔離,使得柵極只能形成電場(chǎng),不能通過直流電,因此是用電壓控制的。
下圖的柵極通過金屬氧化物與襯底形成一個(gè)電容,越是高品質(zhì)的mos,膜越薄,寄生電容越大,經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級(jí)。這個(gè)參數(shù)是mos管選擇時(shí)至關(guān)重要的參數(shù)之一,必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷,經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開關(guān)頻率,在這種用途中,柵極信號(hào)具有交流特征,頻率越高,交流成分越大,寄生電容就能通過交流電流的形式通過電流,形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)生的熱量不可忽視,甚至成為主要問題。為了追求高速,需要強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng),也是這個(gè)道理。試想,弱驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間變?yōu)楦唠娖?,但是為了“灌滿”寄生電容需要時(shí)間,就會(huì)產(chǎn)生上升沿變緩,對(duì)開關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。
耗盡型的是事先做出一個(gè)導(dǎo)通層,用柵極來加厚或者減薄來控制源漏的導(dǎo)通。但這種管子一般不出產(chǎn),在市道市情基本見不到。柵極電壓越低,則p型源、漏極的正離子就越靠近中間,n襯底的負(fù)離子就越闊別柵極,柵極電壓達(dá)到一個(gè)值,叫閥值或坎壓時(shí),由p型游離出來的正離子連在一起,形成通道,就是圖示效果。因此,輕易理解,柵極電壓必需低到一定程度才能導(dǎo)通,電壓越低,通道越厚,導(dǎo)通電阻越小。所以,大家平時(shí)說mos管,就默認(rèn)是增強(qiáng)型的。
相對(duì)于耗盡型,增強(qiáng)型是通過“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來導(dǎo)通,如圖。因?yàn)殡妶?chǎng)的強(qiáng)度與間隔平方成正比,因此,電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度之后,電壓下降引起的溝道加厚就不顯著了,也是由于n型負(fù)離子的“退讓”是越來越難的。
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