MOSFET 簡介

MOSFET就是以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應來控製半導體(ti) （S）的場效應晶體(ti) 管，其特點是用柵極電壓來控製漏極電流。

以N溝道增強型NMOSFET為(wei) 例，用一塊P型矽半導體(ti) 材料作襯底，在其麵上擴散了兩(liang) 個(ge) N型區，再在上麵覆蓋一層二氧化矽(SiO2）絕緣層，最後在N區上方用腐蝕的方法做成兩(liang) 個(ge) 孔，用金屬化的方法分別在絕緣層上及兩(liang) 個(ge) 孔內(nei) 做成三個(ge) 電極：G(柵極）、S（源極）及D（漏極）。

 

MOSFET 種類

按照製作工藝可以區分為(wei) 為(wei) 增強型、耗盡型、P溝道、N溝道共4種類型，在實際應用中，以增強型的NMOS和增強型的PMOS為(wei) 主。

怎麽(me) 區分是N溝道還是P溝道：中間的箭頭指向內(nei) 部的是N溝道，反之，則是P溝道。

怎麽(me) 區分是增強型還是耗盡型：中間是虛線的是增強型，是實線的是耗盡型。

 

MOSFET 基本工作原理

通過改變柵源電壓VGS來控製溝道的導電能力，從(cong) 而控製漏極電流ID。因此它是一個(ge) 電壓控製型器件。轉移特性反映了柵源電壓對漏極電流的控製能力 。

NMOS的特性，Vgs大於(yu) 一定的值就會(hui) 導通，適合用於(yu) 源極接地時的情況(低端驅動)，隻要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小於(yu) 一定的值就會(hui) 導通，適合用於(yu) 源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由於(yu) 導通電阻大，價(jia) 格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。

 

增強型和耗盡型

耗盡型MOS管在G端（Gate）不加電壓時有導電溝道存在，而增強型MOS管隻有在開啟後，才會(hui) 出現導電溝道；兩(liang) 者的控製方式也不一樣，耗盡型MOS管的VGS（柵極電壓）可以用正、零、負電壓控製導通，而增強型MOS管必須達到VGS（th）（柵極閾值電壓）才能導通。

（1）增強型：柵極與(yu) 襯底間不加電壓時，柵極下麵沒有溝道存在，也就是說，對於(yu) NMOS，閾值電壓大於(yu) 0；PMOS，小於(yu) 0。

（2）耗盡型：柵極與(yu) 襯底間不加電壓時，柵極下麵已有溝道存在，也就是說，對於(yu) NMOS，閾值電壓小於(yu) 0；PMOS，大於(yu) 0。

 

N MOS增強型

(1)當VGS=0時管子是呈截止狀態；

(2)若0＜VGS＜VGS(th)時，不足以形成導電溝道將漏極和源極溝通，所以仍然不足以形成漏極電流ID；

(3)當VGS＞VGS(th)時（ VGS(th)稱為(wei) 開啟電壓），可以形成導電溝道將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。隨著VGS的繼續增加，ID將不斷增加。

 

N MOS耗盡型

(1)當VGS=0時，導電溝道已經存在，管子是呈導通狀態，隻要有漏源電壓，就有漏極電流存在；

(2)若VGS > 0 時，將使ID進一步增加；

(3)當VGS < VGS(off )時（ VGS(off )稱為(wei) 夾斷電壓），當VGS＜0時，隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID＝0。

 

N MOS工作狀態

(1)當 VGS < VGS(th) 時，截止區；

(2)若VGS > VGS(th) 時， VDS < VGS- VGS(th)， 變阻區；

(3)若VGS > VGS(th) 時， VDS > VGS- VGS(th)，飽和區(恒流區)。

當MOS管 工作在變阻區內(nei) 時，其溝道是“暢通”的，相當於(yu) 一個(ge) 導體(ti) 。在 VDS < VGS- VGS(th)時近似滿足V-I的線性關(guan) 係，即有一個(ge) 近似固定的阻值。此阻值受 VGS控製，故稱變阻區域。

MOS管 工作在飽和區（恒流區）與(yu) BJT 的飽和區不同，稱 MOS管此區為(wei) 飽和區，主要表示 VDS 增加 ID 卻幾乎不再增加——也即電流飽和。其實在此飽和區內(nei) ，MOS管 和 BJT 都處於(yu) 受控恒流狀態，故也稱其為(wei) 恒流區。

MOS管的寄生電容

Mos管的漏、源、柵極間都有寄生電容，分別為(wei) Cds、Cgd、Cgs。

Cds=Coss （輸出電容）；

Cgd+Cgs=Ciss (輸入電容）；

 

MOS 管的開關過程

下麵以MOS管開關(guan) 過程中柵極電荷特性圖進行講解，

VTH：開啟閥值電壓; VGP：米勒平台電壓;

VCC：驅動電路的電源電壓; VDD：MOSFET關(guan) 斷時D和S極間施加的電壓

 

MOS 管的開關過程

t1階段：當驅動開通脈衝(chong) 加到MOSFET的G極和S極時，輸入電容Ciss充電直到FET開啟為(wei) 止，開啟時有Vgs=Vth，柵極電壓達到Vth前，MOSFET一直處於(yu) 關(guan) 斷狀態，隻有很小的電流流過MOSFET，Vds的電壓Vdd保持不變。

t2階段：當Vgs到達Vth時，漏極開始流過電流ID，然後Vgs繼續上升，ID也逐漸上升，Vds保持Vdd不變，當Vds到達米勒平台電壓Vgp時， ID也上升到負載電流最大值ID，Vds的電壓開始從(cong) Vdd下降。

t3階段：米勒平台期間，ID繼續維持ID不變，Vds電壓不斷的降低，米勒平台結束時刻，iD電流仍維持ID，Vds電壓降到—個(ge) 較低的值。米勒平台的高度受負載電流的影響，負載電流越大，則ID到達此電流的時間就越長，從(cong) 而導致更高的Vgp。

t4階段：米勒平台結束後， iD電流仍維持ID，Vds電壓繼續降低，但此時降低的斜率很小，因此降低的幅度也很小，最後穩定在Vds＝Id×Rds（on） ， 因此通常可以認為(wei) 米勒平台結束後MOSFET基本上已經導通。所以為(wei) 了減少開通損耗，一般要盡可能減少米勒平台的時間。

t1和t2階段，因為(wei) Cgs＞＞Cgd ，所以驅動電流主要是為(wei) Cgs充電（QGS）。t3階段，因為(wei) Vds從(cong) Vdd開始下降，Cgd放電，米勒電流igd分流了絕大部分的驅動電流（QGD），使得MOSFET的柵極電壓基本維持不變。t4階段，驅動電流主要是為(wei) Cgs充電（Qs）。

確認MOSFET類型

（1）常用的MOS管G D S三個(ge) 引腳是固定的，不管是N溝道還是P溝道都一樣，如下圖所示，把芯片放正，從(cong) 左到右分別為(wei) G極、D極、S極。（具體(ti) 以FET SPEC為(wei) 準）

（2）借助FET的寄生二極管來辨別管子是N溝道還是P溝道。將萬(wan) 用表檔位撥至二極管檔，紅表筆接S，黑表筆接D，有數值顯示，反過來接無數值，說明是N溝道，若情況相反是P溝道。