MOS管基本原理(经典图文动画).
MOS场效应管
一、二极管三极管MOS器件基本原理
P-N结及其电流电压特性
晶体二极管为一个由p 型半导体和n 型半导体形成的p-n 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流：。
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0 。
当外加的反向电压高到一定程度时，p-n 结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
双极结型三极管相当于两个背靠背的二极管PN 结。
正向偏置的EB 结有空穴从发射极注入基区，其中大部分空穴能够到达集电结的边界，并在反向偏置的CB 结势垒电场的作用下到达集电区，形成集电极电流IC 。
在共发射极晶体管电路中, 发射结在基极电路中正向偏置, 其电压降很小。
绝大部分的集电极和发射极之间的外加偏压都加在反向偏置的集电结上。
由于VBE 很小，所以基极电流约为IB= 5V/50 k Ω= 0.1mA 。
如果晶体管的共发射极电流放大系数β= IC / IB =100, 集电极电流IC= β*IB=10mA。
在500Ω的集电极负载电阻上有电压降VRC=10mA*500Ω=5V，而晶体管集电极和发射极之间的压降为VCE=5V，如果在基极偏置电路中叠加一个交变的小电流ib，在集电极电路中将出现一个相应的交变电流ic，有c/ib=β，实现了双极晶体管的电流放大作用。
金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应，在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。
当栅G 电压VG 增大时，p 型半导体表面的多数载流子棗空穴逐渐减少、耗尽，而电子逐渐积累到反型。
当表面达到反型时，电子积累层将在n+ 源区S 和n+ 漏区D 之间形成导电沟道。
当VDS ≠0 时，源漏电极之间有较大的电流IDS 流过。
使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压VT 。
当VGS>VT 并取不同数值时，反型层的导电能力将改变，在相同的VDS 下也将产生不同的IDS , 实现栅源电压VGS 对源漏电流IDS 的控制。
二、MOS管详解
MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。
其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015Ω）。
它也分N沟道管和P沟道管，符号如图1所示。
通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。
根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。
所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。
耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。
源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。
图1（a）符号中的前头方向是从外向电，表示从P型材料（衬底）指身N型沟道。
当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时，沟道电流（即漏极电流）ID=0。
随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID。
国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均为单栅管），4DO1（双栅管）。
它们的管脚排列（底视图）见图2。
MOS场效应管比较“娇气”。
这是由于它的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。
因此了厂时各管脚都绞合在一起，或装在金属箔内，使G极与S 极呈等电位，防止积累静电荷。
管子不用时，全部引线也应短接。
在测量时应格外小心，并采取相应的防静电感措施。
下面介绍检测方法。
1．准备工作
测量之前，先把人体对地短路后，才能摸触MOSFET的管脚。
最好在手腕上接一条导线与大地连通，使人体与大地保持等电位。
再把管脚分开，然后拆掉导线。
2．判定电极
将万用表拨于R×100档，首先确定栅极。
若某脚与其它脚的电阻都是无穷大，证明此脚就是栅极G。
交换表笔重测量，S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧，其中阻值较小的那一次，黑表笔接的为D极，红表笔接的是S极。
日本生产的3SK系列产品，S极与管壳接通，据此很容易确定S极。
3．检查放大能力（跨导）
将G极悬空，黑表笔接D极，红表笔接S极，然后用手指触摸G极，表针应有较大的偏转。
双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2。
为区分之，可用手分别触摸G1、G2极，其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。
目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管，平时就不需要把各管脚短路了。
三、分类及特点
场效应晶体管(FET)简称场效应管，它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS 场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
10分钟详细图解MOS管的结构原理
10分钟详细图解MOS管的结构原理什么是MOS管MOS管是⾦属 (metal) — 氧化物 (oxide) — 半导体 (semiconductor) 场效应晶体管，或者称是⾦属 — 绝缘体 (insulator)— 半导体。
MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。
在多数情况下，这个两个区是⼀样的，即使两端对调也不会影响器件的性能，这样的器件被认为是对称的。
双极型晶体管把输⼊端电流的微⼩变化放⼤后，在输出端输出⼀个⼤的电流变化。
双极型晶体管的增益就定义为输出输⼊电流之⽐ (beta) 。
另⼀种晶体管叫做场效应管 (FET) ，把输⼊电压的变化转化为输出电流的变化。
FET的增益等于它的transconductance，定义为输出电流的变化和输⼊电压变化之⽐。
市⾯上常有的⼀般为N沟道和P沟道，⽽P沟道常见的为低压MOS管。
场效应管通过投影⼀个电场在⼀个绝缘层上来影响流过晶体管的电流。
事实上没有电流流过这个绝缘体，所以FET管的GATE电流⾮常⼩。
最普通的FET⽤⼀薄层⼆氧化硅来作为GATE极下的绝缘体。
这种晶体管称为⾦属氧化物半导体(MOS) 晶体管，或⾦属氧化物半导体场效应管 (MOSFET) 。
因为MOS管更⼩更省电，所以他们已经在很多应⽤场合取代了双极型晶体管。
MOS管的优势•可应⽤于放⼤，由于场效应管放⼤器的输⼊阻抗很⾼，因此耦合电容可以容量较⼩，不必使⽤电解电容器•很⾼的输⼊阻抗⾮常适合作阻抗变换，常⽤于多级放⼤器的输⼊级作阻抗变换•可以⽤作可变电阻•可以⽅便地⽤作恒流源•可以⽤作电⼦开关•在电路设计上的灵活性⼤，栅偏压可正可负可零，三极管只能在正向偏置下⼯作，电⼦管只能在负偏压下⼯作；另外输⼊阻抗⾼，可以减轻信号源负载，易于跟前级匹配MOS管结构原理图解结构和符号 (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。
《mos管工作原理》ppt课件
用一个箭头表示一个mos管，箭头的一端是源极（s），另一端是漏极（d） ，中间是控制极（g）。
Mos管的开关原理
导通状态
当在控制极上加正电压时，氧化层下方的半导体层中的电子被排斥，形成一条从 源极到漏极的导电通道，电流可以通过这个通道流动。
关断状态
当在控制极上加负电压时，氧化层下方的半导体层中的电子被吸引，导电通道被 切断，电流无法通过。
《Mos管工作原理》ppt课件
2023-10-27
contents
目录
• Mos管简介 • Mos管的结构与原理 • Mos管的特性与参数 • Mos管的驱动与控制 • Mos管的应用实例 • Mos管的未来发展与趋势 • 总结与展望
01
Mos管简介
Mos管的概念
Mos管是金属氧化物半导体管的缩写，是一种具有极高开关 速度和低功耗的半导体器件。
Mos管在马达驱动中的应用
1 2
直流马达驱动
Mos管在直流马达驱动中作为开关器件，通过 控制电流的方向和大小来驱动马达运转。
步进马达驱动
步进马达驱动中，Mos管作为开关器件，控制 电流的方向和大小来驱动马达运转。
3
伺服马达驱动
伺服马达驱动中，Mos管作为开关器件，控制 电流的方向和大小来驱动马达运转。
集成元件控制电路
02
使用集成元件（如运算放大器、比较器等）构成开关控制电路
。
数字信号控制电路
03
使用数字信号（如TTL、CMOS等）构成开关控制电路。
Mos管的保护电路
过电压保护电路
当Mos管承受过电压时，保护电路可以保护Mos管不被损坏。
过电流保护电路
当Mos管承受过电流时，保护电路可以保护Mos管不被损坏。
MOS管电路工作原理和详解优质PPT课件
小提示： MOS管中的寄生二极管方向是关键。
电路符号
小结：“MOS管用作开关时在电路中的连接方法”
NMOS管：
D极接输入； S极接输出。
PMOS管：
S极接输入； D极接输出。
输出端
S极
G极
N沟道
输入端
S极
G极
P沟道
D极
输入端
导通时
D极
输出端
导通时
电路符号
反证：
看看我们常见的NMOS管4816：
请注意：不论NMOS管还是PMOS管，上述PIN脚的确定方法都是一样的。
假如MOS管表面磨损，或是无法辨认PIN1的标记圆点，你可以用什么 方法确认PIN1脚，以及G极，D极和S极？ 拿出万用表，试试吧！
实物
再来看看相似的DFN封装MOS管：
外形上来看，DNF封装的MOS管仍旧有8个脚，但已经变成贴片形式， 节约了高度，散热性能更好些。 但其PIN脚极性还是一样排列。
实物
最后，3PIN脚的MOS管： （1）SOT-23
3
D
G
S
1
2
PIN1为G极；PIN2为S极；PIN3为D极。
图纸习惯
但请大家特别注意：主板上标示的PIN1与PIN2脚与此刚好颠倒了。
主板图纸上也是如此。 而且，似乎作为一种错误的习惯被保持了下来。
另外一种3PIN脚的MOS管： （2）TO-252
电路符号
19V
Adapter
BAT 12V
Q1 Q2 隔离
19V 3. 适配器+电池
问题：如果不用Q2隔离，同时插上适配器和电池会怎样？
现象是： 大电流。 当然这只有在维修稳压电源上才可以看到：电流直接达到 稳压电源的最大值6A以上，短路灯狂闪。
mos管工作原理详细讲解
mos管工作原理详细讲解
金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种重要的半导体器件，广泛应用于电子设备中。
MOSFET的工作原理基于对导电通道的控制。
结构和材料
MOSFET由一个半导体基底（衬底）组成，通常是硅或氮化镓。
在基底上形成两个高度掺杂的区域（源极和漏极），其之间是一个电隔离层，称为栅极氧化物。
工作原理
MOSFET的工作原理可以分为三个基本模式：
1. 截止模式
当栅极与源极之间没有电压（VGS = 0）时，MOSFET处于截止模式。
栅极氧化物阻止电流在源极和漏极之间流动，因为没有载流子可通过导电通道。
2. 线性模式（三极管模式）
当栅极电压逐渐增加（VGS > 0）时，MOSFET进入线性模式。
在栅极氧化物和基底的界面处形成一个反型层（导电通道），允许电流在源极和漏极之间流动。
导电通道的宽度随栅极电压的增加而增长。
3. 饱和模式
当栅极电压进一步增加（VGS > Vth，阈值电压）时，MOSFET 进入饱和模式。
导电通道的宽度达到最大值，此时电流在源极和漏极之间不再受栅极电压的影响。
电流主要由漏极-源极电压（VDS）控制。
MOSFET特性
MOSFET的特性由其漏极电流-栅极电压（IDS-VGS）和漏极电流-漏极电压（IDS-VDS）的关系决定。
应用
MOSFET广泛应用于各种电子设备中，包括：数字逻辑电路
放大器
开关
电源管理
优点
MOSFET具有许多优点，包括：
高输入阻抗
低功耗
快速开关能力
易于集成
可靠性高。
MOS管工作原理详解ppt课件
IDR
C1 + ui
—
+ VDD Rd
Rg1 d C2 +
gT
s
uo
Rg3 Rg2
R
C
—
计算Q点：
已知UP ，由
UGS
Rg2 Rg1 Rg2
VDD
IDR
ID
IDSS (1
UGS )2 UP
可解出Q点的UGS 、 ID
再求： UDS =VDD- ID (Rd + R )
该电路产生的栅源电压可正 可负，所以适用于所有的场 效应管电路。
两个PN结夹着一个N型沟道。 三个电极：
g：栅极 d：漏极 s：源极
栅 极g
-
符号：
-d
g
--
-d
g
--
s N沟道
s P沟道
漏 极d
-
p+
p+
N
源-极s
11
2. 结型场效应管的工作原理
（1）栅源电压对沟道的控制作用
在栅源间加负电压uGS ，令 uDS =0
①当uGS=0时，为平衡PN结，导电 沟道最宽。
9
4. MOS管的主要参数
（1）开启电压UT （2）夹断电压UP （3）跨导gm ：gm=iD/uGS uDS=const （4）直流输入电阻RGS ——栅源间的等效
电阻。由于MOS管栅源间有sio2绝缘层， 输入电阻可达109～1015。
10
二. 结型场效应管
1. 结型场效应管的结构（以N沟为例）：
T
s
Rg3
C2 +
Rg2
R uo RL
-
g
MOS管工作动画原理图详解
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。
根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。
所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。
N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。
在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。
当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。
当栅极加有电压时，若0<VGS<VGS(th)时，通过栅极和衬底间形成的电容电场作用，将靠近栅极下方的P 型半导体中的多子空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层；同时将吸引其中的少子向表层运动，但数量有限，不足以形成导电沟道，将漏极和源极沟通，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加VGS，当VGS>VGS(th)时( VGS(th)称为开启电压)，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。
如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。