功率场效应晶体管(MOSFET)的工作原理、特性及主要参数
MOS管原理非常详细
MOS管原理非常详细金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种重要的电子器件，广泛应用于集成电路和功率电子设备中。
它具有高度的控制性能和低功耗特性，因此在现代电子技术中占有重要地位。
本文将从MOSFET的基本结构、工作原理和应用等方面详细介绍MOSFET。
1.MOSFET基本结构MOSFET通常由一个PN结和一个MIS结构组成。
PN结由n型或p型半导体形成的两个不同掺杂区域组成，可以分为源区、漏区和栅区。
MIS结是由金属-氧化物-半导体三层组成的结构，在栅区上部有一层绝缘层，常用的是二氧化硅。
MIS结中的金属电极称为栅电极，MOSFET的控制信号通过栅电极加电压来控制。
2.MOSFET工作原理当栅电极施加一个正电压时，新的自由载流子将从栅区进入半导体区，形成一个导电通道。
这个导电通道连接了源极和漏极，当源极施加正向电压时，电流可以从源极流向漏极。
这时，MOSFET被称为处于增强状态。
反之，当栅电极施加负电压时，将形成一个势垒，使导电通道断开，电流无法流过。
这时，MOSFET被称为处于阻断状态。
因此，MOSFET的导电特性由栅电压决定，即栅极电压与源极电压之间的压差。
3.MOSFET类型根据PN结的类型，MOSFET可以分为两类：n型MOSFET（NMOS）和p型MOSFET（PMOS）。
NMOS的源漏区掺入n型硅，栅极施加正压时导通，PMOS则是源漏区掺入p型硅，栅极施加负压时导通。
另外，还有一种类型的MOSFET是双极性MOSFET（CMOS），它由NMOS和PMOS组成，可以实现更高的性能和更低的功耗。
4.MOSFET应用MOSFET广泛应用于各种电子设备中，其中最重要的应用之一是集成电路。
MOSFET的小尺寸和低功耗特性使其成为现代集成电路中的主要构建模块。
另外，MOSFET的高频特性和功率特性使其在通信和射频领域得到广泛应用。
此外，MOSFET还常用于功率电子器件中，如电源开关设备和功率放大器等。
mosfet的主要参数
mosfet的主要参数MOSFET的主要参数MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备中。
在选择和使用MOSFET时，了解其主要参数是非常重要的。
本文将介绍MOSFET的主要参数，并解释其在电路设计中的作用。
1. 阈值电压（Vth）：阈值电压是指MOSFET在控制端（Gate）和源极（Source）之间的电压，当该电压超过阈值电压时，MOSFET将开始导通。
阈值电压是决定MOSFET导通和截止的重要参数，对于控制MOSFET的开关特性非常关键。
2. 最大漏极电流（Idmax）：最大漏极电流是指MOSFET在导通状态下能够承受的最大漏极电流。
超过这个电流，MOSFET可能会受损或过载。
根据所需的电流要求，选择具有足够大的最大漏极电流的MOSFET是非常重要的。
3. 最大漏极-源极电压（Vdsmax）：最大漏极-源极电压是指MOSFET可以承受的最大漏极-源极电压。
超过这个电压，MOSFET可能会被击穿而损坏。
在选择MOSFET 时，应考虑所需的工作电压范围，并选择具有足够高的最大漏极-源极电压的器件。
4. 开启电阻（Rds(on)）：开启电阻是指MOSFET在导通状态下的电阻值。
它是决定MOSFET导通时功耗和效率的重要参数。
开启电阻越小，MOSFET 导通时的功耗就越低，效率就越高。
因此，在功率开关电路中，选择具有较小开启电阻的MOSFET可以提高系统的效率。
5. 共源极电容（Coss）：共源极电容是指MOSFET的源极与栅极之间的电容。
它是影响MOSFET开关速度和开关损耗的重要参数。
较大的共源极电容会导致更长的开关时间和更高的开关损耗。
因此，在高频应用中，选择具有较小共源极电容的MOSFET可以提高系统的性能。
6. 输出电容（Cout）：输出电容是指MOSFET的漏极与源极之间的电容。
它是影响MOSFET开关速度和开关损耗的另一个重要参数。
较大的输出电容会导致更长的开关时间和更高的开关损耗。
功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究
功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法2．掌握MOSEET对驱动电路的要求3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法二．实验内容1．MOSFET主要参数：开启阀值电压V GS(th),跨导g FS,导通电阻R ds输出特性I D=f（Vsd）等的测试2．驱动电路的输入,输出延时时间测试.3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试4．有与没有反偏压时的开关过程比较5．栅-源漏电流测试三．实验设备和仪器1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分2．双踪示波器3．毫安表4．电流表5．电压表四、实验线路见图2—2五．实验方法1．MOSFET主要参数测试（1）开启阀值电压V GS(th)测试开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流I D=1mA)的最小栅源电压。
在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流I D，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS 管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS 管的栅源电压Vgs ，并将主回路电位器RP 左旋到底，使Vgs=0。
将电位器RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流I D =1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压V GS （th ）。
读取6—7组I D 、Vgs ，其中I D =1mA 必测，填入表2—6。
（2）跨导g FS 测试双极型晶体管（GTR ）通常用h FE （β）表示其增益，功率MOSFET 器件以跨导g FS 表示其增益。
跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即g FS =△I D /△V GS 。
典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和V DS =15V 下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。
根据表2—6的测量数值，计算g FS 。
motorola tmos功率场效应晶体管原理及应用
motorola tmos功率场效应晶体管原理及应用摩托罗拉（Motorola）的TMOS（Top Metal Oxide Semiconductor，顶部金属氧化物半导体）功率场效应晶体管（Power MOSFET）是一种广泛应用的半导体器件，主要用于电力控制和转换。
其工作原理和主要应用如下：
工作原理：
TMOS功率场效应晶体管是一种电压控制型半导体器件，其核心结构是一个垂直导电的金属氧化物半导体场效应晶体管。
在TMOS中，金属氧化物半导体场效应晶体管被集成在顶部，因此被称为“顶部金属氧化物半导体”。
当在TMOS的栅极上施加电压时，会在其内部产生一个电场，这个电场控制着半导体内部的电子流动。
通过改变栅极电压的大小，可以控制电子流动的数量和方向，从而实现电流的开关和调节。
由于TMOS具有较低的导通电阻和较高的开关速度，因此它在高频率和高电压的应用中具有优越的性能。
应用：
TMOS功率场效应晶体管广泛应用于各种电力电子设备中，如电机控制器、不间断电源（UPS）、电源供应器、开关电源等。
它们在电力转换和控制中起着至关重要的作用，可以实现高效的电能转换、过流保护、电压调节等功能。
此外，TMOS功率场效应晶体管还可以用于音频放大器、电池保护电路、LED驱动器等其他领域。
由于其高效、可靠和长寿命的特点，TMOS已成为现代电子设备中不可或缺的元件之一。
MOSFET参数理解及其主要特性
MOSFET参数理解及其主要特性MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关和放大器装置，被广泛应用于电子电路中。
它具有比双极晶体管更优异的特性，如较强的电流和电压承受能力、低输入电流、高输入阻抗等。
下面将对MOSFET的参数和主要特性进行详细介绍。
1. N沟道（N-channel）和P沟道（P-channel）：根据导体中所控制的载流子的类型，MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型。
N沟道MOSFET是通过负电压来控制电子流动的，而P沟道MOSFET则是通过正电压控制空穴流动。
2. 阈值电压（Threshold Voltage）：阈值电压（Vth）是指控制栅极电压必须达到的电压水平，以使MOSFET通导。
在N沟道MOSFET中，正电压将引起电子在沟道中流动，而在P沟道MOSFET中，负电压将引起空穴在沟道中流动。
阈值电压的大小决定了MOSFET的开启和关闭的电压。
3. 最大额定电压（Maximum Rated Voltage）：最大额定电压（Vds max）是指MOSFET能够承受的最大电压。
超过这个电压，MOSFET可能会受到损坏。
4. 最大额定电流（Maximum Rated Current）：最大额定电流（Ids max）是指MOSFET能够承受的最大电流。
超过这个电流，MOSFET可能会受到过热和损坏。
5. 开启电阻（On-Resistance）：开启电阻（Rds on）是指当MOSFET处于导通状态时，它的内部电阻大小。
开启电阻越小，MOSFET在导通状态下的功耗就越小。
6. 导通电压降（Voltage Drop）：导通电压降（Vds on）是指当MOSFET处于导通状态时，源极和漏极之间的电压降。
导通电压降越小，MOSFET在导通状态时损耗的电压就越小。
1. 低输入电流（Low Input Current）：由于MOSFET的输入电流极小，所以它不会消耗太多的能量，适用于节能和低功耗的应用。
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识.
功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
电力电子技术_MOSFET
增大VGS，可减小rCH和rjFET rD减小和提高耐压相矛盾。
Ron与器件耐压、温度关系： 器件耐压越高， Ron越大。随温度升高， Ron增大。
②开启电压VT：阈值电压 反型层建立所需最低栅源电压。
定义：工业上，在漏源短接条件下，ID=1mA时的栅极电压。 VT随结温Tj变化，呈负温度系数，Tj每增高45OC，VT下降10%， -6.7mV/OC。
缺点：V型槽底部易引起电场集中，提高耐压困难，改 进：U型MOSFET。
缩短沟道电流路径降低导通电阻VUMOS
Si2O N+
P
G 栅极
S源源 极区基P区本栅沟极道层位底于
N+
部体区。
N+ 1019/cm3
P沟道体区
P即P区PN主1＋01体结6/与短cm源3路极。短PN路- 。
漂移区 衬底
N-
N可N掺 +-流组1杂 过成01浓 额4体/c定二度 m3电极流管。Db，
a) 转移特性 b) 输出特性
1-27
电力场效应晶体管的漏极伏安特性
截止区（对应于GTR的截止区）
饱和区（对应于GTR的放大区） 50 非饱和区（对应GTR的饱和区） 40
50 非 饱
40 和 区
UGS=8V
ID/A ID/A
30
工作在开关状态，即在截止区和
非饱和区之间来回转换。
20
30
饱和区 UGS=7V
N+ P
1-2
➢栅极正偏,<VT，形成耗尽层。
• 栅P间电场使P区空穴远离P区靠绝缘层侧， 余下带负电原子。形成耗尽层，少量自 由电子也向耗尽层移动，但数量很少不 能形成漏源电流。
mosfet工作原理
mosfet工作原理1. MOSFET的工作原理MOSFET的初衷是：MOS（金属氧化物半导体），FET（场效应晶体管），即金属层（M）的栅极被氧化物层（O）隔开，以通过以下效应控制半导体电场（S）场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型，但通常主要指绝缘栅型的MOS型（金属氧化物半导体FET），称为功率MOSFET（功率MOSFET）。
结型功率场效应晶体管通常称为静态感应晶体管（StaTIc InductionTIon Transistor-SIT）。
其特点是利用栅极电压控制漏极电流，驱动电路简单，所需驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但是电流容量小，耐压低。
适用于功率不超过10kW的电力电子设备。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的类型：根据导通通道，它可以分为P通道和N通道。
根据栅极电压幅值，可分为：耗尽型；耗尽型。
当栅极电压为零时，漏极与源极之间存在导电通道，为增强型。
对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）在零时存在一个导电沟道，而功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1。
功率MOSFET结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示。
当导通时，只有一个极性的载流子（多个载流子）参与导电，并且它是一个单极晶体管。
传导机制与低功率MOS晶体管的传导机制相同，但结构上存在很大差异。
低功率MOS晶体管是横向导电器件。
大多数功率MOSFET使用垂直导电结构，也称为VMOSFET （VerTIcal MOSFET），可大大提高MOSFET器件的电阻。
电压和电流承受能力。
根据垂直导通结构的不同，分为采用V型槽的垂直导通的VVMOSFET和具有垂直导通的双扩散MOS结构的VDMOSFET（垂直双扩散MOSFET）。
本文主要以VDMOS器件为例。
功率MOSFET是多个集成结构。
例如，国际整流器公司的HEXFET使用六边形电池。
西门子的SIP MOSFET使用方形单元。
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功率场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性及主要参
数
功率场效应晶体管（Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）。
其特点是：属于电压型全控器件、栅极静态内阻极高（109Ω）、驱动功率很小、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等；但MOSFET的电流容量小、耐压低、功率不易做得过大，常用于中、小功率开关电路中。
MOSFET的结构和工作原理
1.MOSFET的结构
MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。
小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在芯片的同一侧。
而MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极与小功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。
MOSFET的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电沟道的称为增强型。
MOSFET的电气符号如图1所示，图1（a）表示N沟道MOSFET，电子流出源极；图1（b）表示P沟道MOSFET，空穴流出源极。
从结构上看，MOSFET还含有一个由S极下的P区和D极下的N区形成的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是MOSFET的S极和D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使MOSFET无反向阻断能力。
图1中所示的虚线部分为寄生二极管。
图1 MOSFET的电气符号
2.MOSFET的工作原理
（1）当栅源电压uGS=0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，不可能出现反型层，无法沟通漏源极。
此时，即使在漏源极之间施加电压，MOS管也不会导通。
MOSFET结构示意图如图2（a）所示。
图2 MOSFET结构示意图
（2）当栅源电压uGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源极，此时MOS管仍保持关断状态，如图2（b）所示。
（3）当栅源电压uGS达到或超过一定值时，栅极下面的硅表面从P
型反型成N型，形成N型沟道把源区和漏区联系起来，从而把漏源极沟通，使MOS管进入导通状态，如图2（c）所示。
MOSFET的特性
1.转移特性
转移特性是指MOSFET的输入栅源电压uGS与输出漏极电流iD之间的关系，如图3所示，当uGS<UGS（th）时，iD近近似为零；当uGS>UGS （th）时，随着uGS的增大，iD也越大。
当iD较大时，iD与uGS的关系近似为线性，曲线的斜率被定义为跨导gm，则有
gm=diD/duGS
图3 MOSFET的转移特性和输出特性
2.输出特性
输出特性是指以栅源电压uGS一定时，漏极电流iD与漏源电压uDS 之间关系的曲线族，如图3（b）所示，MOSFET有3个工作区。
（1）截止区：uGS≤UGS（th），iD=0，这和电力晶体管的截止区相对应。
（2）饱和区：uGS>UGS（th），uDS≥uGS-UGS（th），当uGS不变时，iD几乎不随uDS的增加而增加，近似为一个常数，故称为饱和区。
这里的饱和区并不和电力晶体管的饱和区对应，而对应于后者的放大区。
当用于线性放大时，MOSFET工作在该区。
（3）非饱和区uGS>UGS（th），uDS<uGS-UGS（th），漏源电压uDS和漏极电流iD之比近似为常数。
该区对应于电力晶体管的饱和区，当MOSFET做开关应用而导通时即工作在该区。
3.开关特性
MOSFET的开关时间很短，影响开关速度的主要因素是器件的极间电容。
MOSFET的开关特性曲线如图4所示。
图4中，up为驱动信号，uGS为栅源电压，iD为漏极电流。
当up信号到来时，栅极输入电容Cm有一个充电过程，使栅极电压uGS只能按指数规律增长。
当uGS=UGS（th）时，开始形成导电沟道，出现漏极电流iD，这段时间称为开通延迟时间td。
以后uGS继续按指数规律增长，iD也随之增长，MOS管内沟道夹断长度逐渐缩短。
当MOS管脱离预夹断状态后，iD不再随沟道宽度增加而增大，到达其稳定值。
漏极电流从零上上升到稳定值所需时间称为上升时间tr，故MOSFET 的开通时间为ton=td+tr。
当up信号下降为零后，MOSFET开始进入关断过程，输入电容Cm上的储存电荷将通过驱动信号源的内阻和栅极电阻RG放电，使栅源电压uGS按指数规律下降，导电沟道随之变窄，直到沟道缩小到预夹断状态（此时栅源电压下降到UGS（th）），iD电流才开始减少，这段时
间称为关断延迟时间ts。
以后Cm会继续放电，uGS继续下降，沟道夹断区增长，iD亦继续下降，直到uGS<UGS（th），沟道消失，iD=0。
漏极电流从稳定值下降到零所需时间称为下降时间tf，故MOSFET的关断时间为：toff=ts+tf。
iD=0后，Cm继续放电，直至uGS=0为止，完成一次开关周期。
图4 MOSFET的开关特性曲线
由上可见，MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电时间有很大关系，使用者虽无法降低Cm的值，但可降低驱动信号源的内阻，从而减少栅极回路的充放电时间常数，加快开关速度。
MOSFET的工作频率可达l00kHz以上，是各种电力电子器件中最高的。
4.主要参数
（1）漏源电压uDS：即MOSFET的额定电压，选用时必须留有较大的
安全裕量。
（2）漏极最大允许电流IDM：即MOSFET的额定电流，其大小主要受MOSFET元件的温升限制。
（3）栅源电压uGS：栅极与源极之间的绝缘层很薄，承受电压很低，一般不得超过20V，否则绝缘层可能被击穿而损坏，使用中应加以注意。
为了安全可靠，在选用MOSFET时，对电压、电流的额定等级都应留有足够的裕量。
（4）极间电容：MOSFET极间电容包括CGS、CGD和CDS，其中CGS为栅源电容，CGD是栅漏电容，它们是由器件结构中的绝缘层形成的；CDS是漏源电容，它是由PN结形成的。
MOSFET极间电容的等效电路如图5所示。
图5 MOSFET极间电容的等效电路
元器件生产厂家通常给出输入电容Cin、输出电容Cout和Cf，它们与各极间电容的关系表达式：
Cin=CGS+CGD
Cou=CDS+CGD
Cf=CGD
以上电容的数值均与漏源电压uDS有关，uDS越高，极间电容就越小。
当uDS>25V时，各电容值趋于恒定。