10分钟详细图解MOS管的结构原理

射击标靶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
其他MOS管符号:
⼯作原理(以N沟道增强型为例)
VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有⼀个PN结反偏,所以不存在导电沟道
VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有⼀个PN结反偏,所以不存在导电沟道
VGS=0,ID=0
VGS必须⼤于0,管⼦才能⼯作
VGS>0时,在Sio2介质中产⽣⼀个垂直于半导体表⾯的电场,排斥P区多⼦空⽳⽽吸引少⼦电⼦。当VGS达到⼀定值时P区表⾯将形成反型层把两侧的N区沟通,形成导电沟道
VGS>0 → g吸引电⼦→反型层→导电沟道zyzq
VGS↑→反型层变厚→ VDS↑→ ID↑
VGS ≥ VT时⽽VDS较⼩时:VDS↑→ ID↑
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VT:开启电压,在VDS作⽤下开始导电时的VGS,VT = VGS — VDS
VGS 》0且VDS增⼤到⼀定值后,靠近漏极的沟道被夹断,形成夹断区。
VDS↑→ ID不变
MOS管三个极分别是什么及判定⽅法
mos管的三个极分别是:G(栅极),D(漏极)s(源及),要求栅极和源及之间电压⼤于某⼀特定值,漏极和源及才能导通。
判断栅极G
MOS驱动器主要起波形整形和加强驱动的作⽤:假如MOS管的G信号波形不够陡峭,在点评切换阶段会造成⼤量电能损耗其副作⽤是降低电路转换效率,MOS管发烧严峻,易热损坏MOS管GS间存在⼀定电容,假如G信号驱动能⼒不够,将严峻影响波形跳变的时间。
肉模
将G-S极短路,选择万⽤表的R×1档,⿊表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为⼏欧⾄⼗⼏欧。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈⽆限⼤,并且交换表笔后仍为⽆限⼤,则证实此脚为G极,由于它和另外两个管脚是绝缘的。
判断源极S、漏极D
将万⽤表拨⾄R×1k档分别丈量三个管脚之间的电阻。⽤交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(⼀般为⼏千欧⾄⼗⼏千欧)的⼀次为正向电阻,此时⿊表笔的是S极,红表笔接D极。因为测试前提不同,测出的RDS(on)值⽐⼿册中中空玻璃全自动打胶机
⼏千欧)的⼀次为正向电阻,此时⿊表笔的是S极,红表笔接D极。因为测试前提不同,测出的RDS(on)值⽐⼿册中给出的典型值要⾼⼀些。
丈量漏-源通态电阻RDS(on)
在源-漏之间有⼀个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。例如⽤500型万⽤表R×1档实测⼀只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,⼤于0.58W(典型值)。
测试步骤
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MOS管的检测主要是判断MOS管漏电、短路、断路、放⼤。假如有阻值没被测,MOS管有漏电现象,具体步骤如下:
1.
把连接栅极和源极的电阻移开,万⽤表红⿊笔不变,假如移开电阻后表针慢慢逐步退回到⾼阻或⽆限⼤,则MOS管漏电,不变则完好。
2.
然后⼀根导线把MOS管的栅极和源极连接起来,假如指针⽴刻返回⽆限⼤,则MOS完好。
3.
把红笔接到MOS的源极S上,⿊笔接到MOS管的漏极上,好的表针指⽰应该是⽆限⼤。
4.
⽤⼀只100KΩ-200KΩ的电阻连在栅极和漏极上,然后把红笔接到MOS的源极S上,⿊笔接到MOS管的漏极上,这时表针指⽰的值⼀般是0,这时是下电荷通过这个电阻对MOS管的栅极充电,产⽣栅极
电场,因为电场产⽣导致导电沟道致使漏极和源极导通,故万⽤表指针偏转,偏转的⾓度⼤,放电性越好。
MOS管的应⽤领域
⼯业领域、步进马达驱动、电钻⼯具、⼯业开关电源
新能源领域、光伏逆变、充电桩、⽆⼈机
交通运输领域、车载逆变器、汽车HID器、电动⾃⾏车
绿⾊照明领域、CCFL节能灯、LED照明电源、⾦卤灯镇流器
MOS管降压电路
图中Q27是N沟道MOS管,U22A的1脚输出⾼电平时Q27导通,将VCC—DDR内存电压降压,得到1.2V—HT总线供电,⽽U22A的1脚输出低电平时Q27截⽌,1.2V_HT总线电压为0V。
本⽂源⾃:ittbank

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