什么叫mos管

mos管概述

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。

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的增益等于它的跨導(dǎo)， 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，詳情參考右側(cè)圖片（P溝道耗盡型MOS管）。而P溝道常見(jiàn)的為低壓mos管。

場(chǎng)效應(yīng)管通過(guò)投影一個(gè)電場(chǎng)在一個(gè)絕緣層上來(lái)影響流過(guò)晶體管的電流。事實(shí)上沒(méi)有電流流過(guò)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。

什么叫mos管-mos管結(jié)構(gòu)

mos管結(jié)構(gòu)示意圖

解釋1：溝道

上面圖中，下邊的p型中間一個(gè)窄長(zhǎng)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管必須清楚這個(gè)參數(shù)是否符合需求。

解釋2：n型

上圖表示的是p型mos管，讀者可以依據(jù)此圖理解n型的，都是反過(guò)來(lái)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。

解釋3：增強(qiáng)型

相對(duì)于耗盡型，增強(qiáng)型是通過(guò)“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來(lái)導(dǎo)通，如圖。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)離子就越遠(yuǎn)離柵極，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(lái)的正離子連在一起，形成通道，就是圖示效果。因此，容易理解，柵極電壓必須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。由于電場(chǎng)的強(qiáng)度與距離平方成正比，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明顯了，也是因?yàn)閚型負(fù)離子的“退讓”是越來(lái)越難的。耗盡型的是事先做出一個(gè)導(dǎo)通層，用柵極來(lái)加厚或者減薄來(lái)控制源漏的導(dǎo)通。但這種管子一般不生產(chǎn)，在市面基本見(jiàn)不到。所以，大家平時(shí)說(shuō)mos管，就默認(rèn)是增強(qiáng)型的。

解釋4：左右對(duì)稱

圖示左右是對(duì)稱的，難免會(huì)有人問(wèn)怎么區(qū)分源極和漏極呢？其實(shí)原理上，源極和漏極確實(shí)是對(duì)稱的，是不區(qū)分的。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，正是這個(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。我的老師年輕時(shí)用過(guò)不帶二極管的mos管。非常容易被靜電擊穿，平時(shí)要放在鐵質(zhì)罐子里，它的源極和漏極就是隨便接。

解釋5：金屬氧化物膜

圖中有指示，這個(gè)膜是絕緣的，用來(lái)電氣隔離，使得柵極只能形成電場(chǎng)，不能通過(guò)直流電，因此是用電壓控制的。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：越容易擊穿、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，1角人民幣左右買一個(gè)，而2402等在十毫歐級(jí)的，要2元多（批量買。零售是4元左右）。

解釋6：與實(shí)物的區(qū)別

上圖僅僅是原理性的，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。相當(dāng)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。好處是明顯的，應(yīng)用時(shí)拋開(kāi)了負(fù)電壓。

解釋7：寄生電容

上圖的柵極通過(guò)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(kāi)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(guò)交流電流的形式通過(guò)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(wèn)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(kāi)關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。

解釋8：如何工作在放大區(qū)

Mos管也能工作在放大區(qū)，而且很常見(jiàn)。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)，由于mos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。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無(wú)窮大，當(dāng)然，隨頻率增加阻抗就越來(lái)越小，一定頻率時(shí)，就變得不可忽視。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)。這是三極管不可比擬的。

解釋9：發(fā)熱原因

Mos管發(fā)熱，主要原因之一是寄生電容在頻繁開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)，顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗，形成電流。有電流就有發(fā)熱，并非電場(chǎng)型的就沒(méi)有電流。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“路過(guò)”一個(gè)由關(guān)閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn)，這時(shí)，導(dǎo)通電阻很大，發(fā)熱比較厲害。第三個(gè)原因是導(dǎo)通后，溝道有電阻，過(guò)主電流，形成發(fā)熱。主要考慮的發(fā)熱是第1和第3點(diǎn)。許多mos管具有結(jié)溫過(guò)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(guò)此溫度，mos管不可能導(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。要注意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。

mos管工作原理

增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的pn結(jié)。當(dāng)柵-源電壓VGS=0時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒(méi)有導(dǎo)電溝道(沒(méi)有電流流過(guò))，所以這時(shí)漏極電流ID=0。

此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，即VGS>0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場(chǎng)，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓VGS無(wú)法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對(duì)這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場(chǎng)，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開(kāi)啟電壓VT(一般約為 2V)時(shí)，N溝道管開(kāi)始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開(kāi)始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱為開(kāi)啟電壓，一般用VT表示。

控制柵極電壓VGS的大小改變了電場(chǎng)的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流ID的大小的目的，這也是MOS管用電場(chǎng)來(lái)控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱之為場(chǎng)效應(yīng)管。

MOS管的防靜電保護(hù)

MOS管是屬于絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，柵極是無(wú)直流通路，輸入阻抗極高，極易引起靜電荷聚集，產(chǎn)生較高的電壓將柵極和源極之間的絕緣層擊穿。早期生產(chǎn)的MOS管大都沒(méi)有防靜電的措施，所以在保管及應(yīng)用上要非常小心，特別是功率較小的MOS管，由于功率較小的MOS管輸入電容比較小，接觸到靜電時(shí)產(chǎn)生的電壓較高，容易引起靜電擊穿。

而近期的增強(qiáng)型大功率MOS管則有比較大的區(qū)別，首先由于功能較大輸入電容也比較大，這樣接觸到靜電就有一個(gè)充電的過(guò)程，產(chǎn)生的電壓較小，引起擊穿的可能較小，再者現(xiàn)在的大功率MOS管在內(nèi)部的柵極和源極有一個(gè)保護(hù)的穩(wěn)壓管DZ，如下圖所示,把靜電嵌位于保護(hù)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值以下，有效的保護(hù)了柵極和源極的絕緣層，不同功率、不同型號(hào)的MOS管其保護(hù)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值是不同的。雖然MOS管內(nèi)部有了保護(hù)措施，我們操作時(shí)也應(yīng)按照防靜電的操作規(guī)程進(jìn)行，這是一個(gè)合格的維修員應(yīng)該具備的。

MOS管的檢測(cè)

檢測(cè)必須采用指針式萬(wàn)用表（數(shù)字表是不適宜測(cè)量半導(dǎo)體器件的）。對(duì)于功率型MOSFET開(kāi)關(guān)管都屬N溝道增強(qiáng)型，各生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也幾乎都采用相同的TO-220F封裝形式（指用于開(kāi)關(guān)電源中功率為50—200W的場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)管），其三個(gè)電極排列也一致，即將三只引腳向下，打印型號(hào)面向自巳，左側(cè)引腳為柵極，右測(cè)引腳為源極，中間引腳為漏極如圖5-1所示。

1）萬(wàn)用表及相關(guān)的準(zhǔn)備：

首先在測(cè)量前應(yīng)該會(huì)使用萬(wàn)用表，特別是歐姆檔的應(yīng)用，要了解歐姆擋才會(huì)正確應(yīng)用歐姆擋來(lái)測(cè)量晶體三極管及MOS管（現(xiàn)在很多的從事修理人員，不會(huì)使用萬(wàn)用表，特別是萬(wàn)用表的歐姆擋，這絕不是危言聳聽(tīng)，問(wèn)問(wèn)他？他知道歐姆擋的R×1 R×10 R×100 R×1K R×10K，在表筆短路時(shí)，流過(guò)表筆的電流分別有多大嗎？這個(gè)電流就是流過(guò)被測(cè)元件的電流。他知道歐姆擋在表筆開(kāi)路時(shí)表筆兩端的電壓有多大嗎？這就是在測(cè)量時(shí)被測(cè)元件在測(cè)量時(shí)所承受的電壓）關(guān)于正確使用萬(wàn)用表歐姆擋的問(wèn)題，可以參閱可以參閱“您會(huì)用萬(wàn)用表的歐姆擋測(cè)量二極管、三極管嗎？”“可以參閱本博客“您會(huì)用萬(wàn)用表的歐姆擋測(cè)量二極管、三極管嗎？”一文，因篇幅問(wèn)題這里不再贅述。

用萬(wàn)用表的歐姆擋的歐姆中心刻度不能太大，最好小于12Ω（500型表為12Ω），這樣在R×1擋可以有較大的電流，對(duì)于PN結(jié)的正向特性判斷比較準(zhǔn)確。萬(wàn)用表R×10K擋

現(xiàn)在由于生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，出廠的篩選、檢測(cè)都很嚴(yán)格，我們一般判斷只要判斷MOS管不漏電、不擊穿短路、內(nèi)部不斷路、能放大就可以了，方法極為簡(jiǎn)單：

采用萬(wàn)用表的R×10K擋；R×10K擋內(nèi)部的電池一般是9V加1.5V達(dá)到10.5V這個(gè)電壓一般判斷PN結(jié)點(diǎn)反相漏電是夠了，萬(wàn)用表的紅表筆是負(fù)電位（接內(nèi)部電池的負(fù)極），萬(wàn)用表的黑表筆是正電位（接內(nèi)部電池的正極），圖5-2所示。

測(cè)試步驟

把紅表筆接到MOS管的源極S；把黑表筆接到MOS管的漏極D，此時(shí)表針指示應(yīng)該為無(wú)窮大，如圖5-3所示。如果有歐姆指數(shù)，說(shuō)明被測(cè)管有漏電現(xiàn)象，此管不能用。

保持上述狀態(tài)；此時(shí)用一只100K～200K電阻連接于柵極和漏極，如圖5-4所示；這時(shí)表針指示歐姆數(shù)應(yīng)該越小越好，一般能指示到0歐姆，這時(shí)是正電荷通過(guò)100K電阻對(duì)MOS管的柵極充電，產(chǎn)生柵極電場(chǎng)，由于電場(chǎng)產(chǎn)生導(dǎo)致導(dǎo)電溝道致使漏極和源極導(dǎo)通，所以萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大（歐姆指數(shù)?。┳C明放電性能好。

此時(shí)在圖5-4的狀態(tài)；再把連接的電阻移開(kāi)，這時(shí)萬(wàn)用表的指針仍然應(yīng)該是MOS管導(dǎo)通的指數(shù)不變，如圖5-5所示。雖然電阻拿開(kāi)，但是因?yàn)殡娮鑼?duì)柵極所充的電荷并沒(méi)有消失，柵極電場(chǎng)繼續(xù)維持，內(nèi)部導(dǎo)電溝道仍然保持，這就是絕緣柵型MOS管的特點(diǎn)。如果電阻拿開(kāi)表針會(huì)慢慢的逐步的退回到高阻甚至退回到無(wú)窮大，要考慮該被測(cè)管柵極漏電。

這時(shí)用一根導(dǎo)線，連接被測(cè)管的柵極和源極，萬(wàn)用表的指針立即返回到無(wú)窮大，如圖5-6所示。導(dǎo)線的連接使被測(cè)MOS管，柵極電荷釋放，內(nèi)部電場(chǎng)消失；導(dǎo)電溝道也消失，所以漏極和源極之間電阻又變成無(wú)窮大。

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