MOS场效应管
场效应管的工作原理详解
场效应管工作原理MOS场效应管电源开关电路。
这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。
MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。
它一般有耗尽型和增强型两种。
本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。
它可分为NPN型PNP型。
NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。
由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。
我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。
但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。
如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。
这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。
同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。
对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。
当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中（见图7b），从而形成电流，使源极和漏极之间导通。
MOSFET场效应管(MOS管)
MOS管基本知識
MOS管的定義與類型 MOS管結構圖及封裝 MOS管的基本參數 MOS管的作用 MOS管與三極管的區別 如何判斷MOS管好壞
MOS管的定義與類型
MOSFET(場效應管)是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor的首字母 缩写﹐簡稱MOS管。 它是只有一種載流子參與 導電的半導體器件﹐是用輸入電壓控制輸出電 流的半導體器件。
MOS管常用封裝
SOT-89
MOS管基本參數
參數符號 參數名稱
VGS(th)
BVDSS
閾值(開啟)電壓 擊穿電壓
RDS(on)
導通電阻
IDSS
漏電流
MOSห้องสมุดไป่ตู้的作用
開關﹕ NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极
接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。 PMOS的特性則剛好相反。
Vout
Vin
放大
MOS管與三極管的區別
結構 工作原理
作用
相同點
P/N結構成 小信號控制 開關﹑放大
不同點
MOS管控制端(G)是 絕緣的,三極管控制端 (B)是導通的。 MOS管受電壓控制﹐ 三極管受電流控制。
MOS管偏于開關作用 三極管偏于放大作用
如何判斷MOS管好壞
量測前﹐先把GS兩端短路放電﹐然后用歐姆表 量測DSG任意兩端電阻為M歐級﹐假若先量測GS, 再量測DS兩端電阻﹐其阻值會明顯變小或者通路。 這些都是一個正常的MOS管所具備的。
MOS管分為兩大類型﹕耗盡型(DMOS )和增強 型(EMOS )。每一類都有N溝道和P溝道兩種導 電類型。實際應用的是增強型的N溝道和P溝道 MOS管﹐即NMOS和PMOS。
mos管 场效应管
MOS管（场效应管）1. 简介MOS管，全称金属氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一种重要的电子器件。
它是由金属氧化物半导体材料构成的栅极与源极、漏极之间形成的电流控制装置。
MOS管具有高输入阻抗、低输出阻抗、低功耗、高频带宽等特点，在电子设备中得到广泛应用。
2. 结构和工作原理2.1 结构MOS管的基本结构包括栅极（Gate）、漏极（Drain）和源极（Source）三个部分。
栅极与源极之间通过绝缘层隔离，形成了一个电容，被称为栅氧化物层或栅介质层，常用的材料是二氧化硅。
2.2 工作原理MOS管是一种控制型器件，其工作原理基于场效应。
当施加在栅极上的电压发生变化时，会在源-漏通道中形成或消失一个导电路径。
这个导电路径的状态由栅极-源结附近的电场来控制。
当没有外加电压时，栅极与源极之间的电势差为零，此时MOS管处于截止状态，导电路径断开。
当施加一个正向电压时，栅极-源结形成反型结，导致MOS管处于放大状态。
当施加一个负向电压时，栅极-源结形成正型结，导致MOS管处于截止状态。
MOS管的工作原理可以用以下公式表示：I D=μC ox WL(V GS−V TH)2其中： - I D为漏极电流 - μ为迁移率 - C ox为栅氧化物层的电容 - W/L为通道宽度和长度的比值 - V GS为栅极与源极之间的电压 - V TH为阈值电压3. MOS管的分类3.1 N沟道MOS管（NMOS）N沟道MOS管是一种以N型材料作为主体材料的场效应管。
在N沟道MOS管中，漏极和源极都是N型材料。
3.2 P沟道MOS管（PMOS）P沟道MOS管是一种以P型材料作为主体材料的场效应管。
在P沟道MOS管中，漏极和源极都是P型材料。
3.3 CMOSCMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是由N沟道MOS管和P沟道MOS管组成的互补对。
MOS场效应管
▪ MOS管截止模式判断方法
截止条件
N沟道管：VGS < VGS(th) P沟道管：VGS > VGS(th)
▪ 非饱和与饱和（放大）模式判断方法
假定MOS管工作在放大模式：
|VGS| > |VGS(th) |， |VDS | > | VGS –VGS(th) | 非饱和区（可变电阻区）工作条件
|VGS| > |VGS(th) | ， |VDS | < | VGS –VGS(th) | 非饱和区（可变电阻区）数学模型
ID
nCOXW
l
(VGS
VGS(th) )VDS
从平方律关系式：
ID
nCOXW
2l
(VGS
VGS(th) )2
若考虑沟道长度调制效应，则ID的修正方程：
ID
nCOXW
2l
(VGS
VGS(th)
)2
1
VDS VA
nCOXW
2l
(VGS
VGS(th) )2
1
VDS
其中： 称沟道长度调制系数，其值与l 有关。
通常 =( 0.005 ~ 0.03 )V-1
通常MOS管的跨导比三极管的跨导要小一个数 量级以上，即MOS管放大能力比三极管弱。
计及衬底效应的MOS管简化电路模型
考虑到衬底电压vus对漏极电流id的控制作用，小信 号等效电路中需增加一个压控电流源gmuvus。
id
g
+
vgs
-
gmvgs
gmuvus rds
s
d +
vds
-
gmu称背栅跨导，工程上
▪ VGS极性取决于工作方式及沟道类型 增强型MOS管： VGS 与VDS 极性相同。 耗尽型MOS管： VGS 取值任意。
mos场效应管
mos场效应管
MOS场效应管是指metal-oxide-semiconductor（金属氧化物半导体）场效应管，是一种纯集成电路元器件，常用来实现电子信号的转换和变换。
MOS场效应管有
三个部件组成：金属-氧化物-半导体片结构，以及与二极管类似的三极管结构。
它
的主要特点是：
1、低功耗：MOS场效应管的功耗比及其他电路元件更低，且工作稳定性好。
2、小尺寸：MOS场效应管的体积小，而能完成多种功能，可以极大地减少电
路尺寸。
3、高速读写：MOS场效应管能方便地完成高速读写操作，可以满足复杂电子
系统的需求。
4、广泛应用：MOS场效应管广泛应用于电脑、汽车电子、通信设备等多种场合，可以满足不同用户的不同需求。
MOS场效应管特有的性能和特点，使它在微电子技术的发展中发挥着重要的
作用。
它具有低功耗、小尺寸、高速读写和广泛应用等优点，可以应用于各种复杂电子系统中，以满足不同电子应用的需要。
MOS场效应管的广泛且精准的设计，
使其在电子行业中得到广泛应用，成为微电子技术发展的重要组成部分，受到了业界的高度评价。
MOS场效应管
MOS场效应管MOS晶体管金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。
MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-ICMOSFET的结构MOSFET是Metal-Oxide-Silicon Field Effect Transistor的英文缩写，平面型器件结构，按照导电沟道的不同可以分为NMOS和PMOS器件。
MOS器件基于表面感应的原理，是利用垂直的栅压VGS实现对水平IDS的控制。
它是多子（多数载流子）器件。
用跨导描述其放大能力。
MOSFET晶体管的截面图如图1所示在图中，S＝Source，G=Gate,D=Drain。
NMOS和PMOS在结构上完全相像，所不同的是衬底和源漏的掺杂类型。
简单地说，NMOS是在P型硅的衬底上，通过选择掺杂形成N 型的掺杂区，作为NMOS的源漏区；PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。
如图所示，两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度L，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度W。
对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。
器件的栅电极是具有一定电阻率的多晶硅材料，这也是硅栅MOS器件的命名根据。
在多晶硅栅与衬底之间是一层很薄的优质二氧化硅，它是绝缘介质，用于绝缘两个导电层：多晶硅栅和硅衬底，从结构上看，多晶硅栅-二氧化硅介质-掺杂硅衬底(Poly-Si--SiO2--Si)形成了一个典型的平板电容器，通过对栅电极施加一定极性的电荷，就必然地在硅衬底上感应等量的异种电荷。
这样的平板电容器的电荷作用方式正是MOS器件工作的基础。
MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如图2所示。
图2中各部分的物理意义为：（1）LG和RG代表封装端到实际的栅极线路的电感和电阻。
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称：MOSFET （简写：MOS ）中文名称：功率场效应晶体管（简称：场效应管）场效应晶体管简称场效应管，它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比，场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体（内部只有一种载流子一多子）分四类：N沟通增加型；P沟通增加型;N沟通耗尽型；P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极，栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样，场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件，即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意：①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零，管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化，VTN称为开启电压，约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线：输出特性是在给顶VGS的条件下，ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区：VGS②可变电阻区：VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大，则曲线越陡，D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区：VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点：管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大，相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小，相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时，增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡，将黑表笔接管子的一个电极，用红表笔分别接此外两个电极，如两次测得的结果阻值都很小，则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极，而且是N型沟场效应管。
常用全系列场效应管MOS管型号参数封装资
常用全系列场效应管MOS管型号参数封装资1.IRF系列：IRF540N、IRF840、IRF3205等IRF系列是一种N沟道MOS管，具有低电源电流和高开关速度特点，可以工作在高频率下。
常用的封装有TO-220、TO-247、D2-Pak等。
-IRF540N参数：导通电阻：0.077Ω最大耗散功率：150W最大漏电流：50μA最大栅源电压：100V最大漏源电压：100V最大栅极电荷：49nC-IRF840参数：导通电阻：0.85Ω最大耗散功率：125W最大漏电流：10μA最大栅源电压：500V最大漏源电压：500V最大栅极电荷：90nC-IRF3205参数：导通电阻：8mΩ最大耗散功率：110W最大漏电流：250μA最大栅源电压：20V最大漏源电压：55V最大栅极电荷：75nC2.IRFP系列：IRFP250N、IRFP460等IRFP系列是一种P沟道MOS管，具有低导通电阻和高开关速度特点，适合高频率下的应用。
常用的封装有TO-247、TO-3P等。
-IRFP250N参数：导通电阻：0.095Ω最大耗散功率：200W最大漏电流：250μA最大栅源电压：100V最大漏源电压：200V最大栅极电荷：73nC-IRFP460参数：导通电阻：0.27Ω最大耗散功率：180W最大栅源电压：500V最大漏源电压：500V最大栅极电荷：123nC3.IRL系列：IRL540N、IRL3713等IRL系列是一种低电平驱动的MOS管，具有低导通电阻和高开关速度特点，适合低电平驱动电路。
常用的封装有TO-220、D2-Pak等。
-IRL540N参数：导通电阻：0.054Ω最大耗散功率：120W最大漏电流：50μA最大栅源电压：55V最大漏源电压：100V最大栅极电荷：32nC-IRL3713参数：导通电阻：7.5mΩ最大耗散功率：60W最大漏电流：50μA最大栅源电压：20V最大栅极电荷：20nC以上是常用全系列场效应管MOS管型号参数封装资的介绍，不同型号的MOS管具有不同的特点和适用场景，用户可以根据实际需求选择适合的型号和封装方式。
贴片mos场效应管
贴片mos场效应管
贴片MOS场效应管（Surface Mount MOSFET）是一种表面贴
装的场效应管。
它通常由金属氮化物半导体材料制成，具有封装紧凑、高频特性好、功率损耗低等优点。
贴片MOS场效应管广泛应用于各种电子设备中，如手机、平
板电脑、电视等。
它们常用于功率放大、开关、逻辑控制等电路中，可以实现高效能的信号处理和控制。
相比传统的插装MOS场效应管，贴片MOS场效应管具有更
小的尺寸和更高的集成度，可以实现更紧凑的电路布局，减小电路板的体积和重量。
此外，贴片MOS场效应管还具有更好
的散热性能，可以处理更大的功率，提高电路的可靠性。
在选用贴片MOS场效应管时，需要考虑参数如最大耐压、漏
源电流、开关速度、负载能力等。
同时，根据具体的应用需求，还要考虑其封装形式和引脚排列等因素。
MOS场效应管放大电路解读
2.67K
五、应用举例
•
• 3、计算电压放大倍数 Au 。
•
Au
gmRS // RL
0.258 //1000
1 gmRS // RL 1 0.258 //1000
0.67
注意事项
(1)在使用场效应管时，要注意漏源电压 UDS、漏源电流ID、栅源电压UGS及耗散功率等 值不能超过最大允许值。
• 从表中可以看出，rgs和rds数值很大，可以忽略；跨 接在g~d之间的电容Cgd可以用与晶体管分析相同的方法 折合到输入和输出回路：
•
•
Cgs Cgs (1 K )Cgd , (K gm RL )
•
Cds
Cds
K
•
1
C
gd
,
K
•
(K gm RL )
场效应管的高频等效模型
• 由于输出回路的时间常数比输入回路小得多，可忽
1.08
0
解之，得：ID1 1.52mA, ID2 0.535mA
由于I D1
1.52mA
I
，
DSS
不合
题意，舍去。故：
IDQ 0.535mA
UGSQ 1.08V
U DSQ VDD I DQ (RD RS )
16 0.535 (10 8) 6.37V
五、应用举例
• 2、计算输入电阻Ri和输出电阻RO Ri RG RG1 // RG2 1 0.16 // 0.04 1.03M RO RD 10K
(2)场效应管从结构上看漏源两极是对称 的，可以互相调用，但有些产品制作时已将衬 底和源极在内部连在一起，这时漏源两极不能 对换用。
(3)结型场效应管的栅源电压UGS不能加 正向电压，因为它工作在反偏状态。通常各极 在开路状态下保存。
mos器件的工作原理
mos器件的工作原理
mos器件是一种重要的电子器件，其工作原理主要涉及到
MOS场效应管。
MOS场效应管由金属-氧化物-半导体结构构成，包括P型半导体基底、N型沟道区和金属栅极。
当外加电压施加到栅极上时，形成了栅极-沟道结的电场。
栅极电场不
仅可以调控沟道区域的导电性，还能控制漂移区中的电荷分布。
根据栅极电压的变化，MOS器件可以实现多种工作模式。
当栅极电压为零时，MOS场效应管处于截止状态。
此时，栅
极电场不足以引起沟道区的电子注入，导致漂移区无导电载流子，器件相当于开路状态。
当栅极电压为正值时，MOS场效应管处于增强状态。
正电压
使得栅极电场与沟道区外的电场反向作用，形成耗尽区。
这时，导电性能得到增强，沟道区出现N+型的导电区域，可以形成
漂移区。
漂移区内的电流由源极流向漂移区的电子流组成，使得器件变为导通状态。
当栅极电压为负值时，MOS场效应管处于亚阈值状态。
负电
压使得栅极电场与沟道区外的电场叠加，形成了增加的正电场，进一步减小了耗尽区宽度。
这时，电子可以通过耗尽区的限制，形成漂移区，并在源极到漂移区间产生电流。
总之，MOS器件的工作原理是通过调控栅极电场，控制漂移
区的形成与导电性能，实现开关控制和信号放大等功能。
MOS管主要参数
MOS管主要参数MOS管是金属氧化物半导体场效应管（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor，简称MOSFET）的缩写，是一种常用的半导体器件。
MOS管主要参数包括阈值电压、漏电流、开关速度、最大耗散功率、最大工作电压、最大漏极电压、最大栅极电压、动态电阻等。
1. 阈值电压（Threshold Voltage）: 阈值电压是指当栅极电压较小时，使得沟道截面面积为零的栅极电压。
通过调整栅极电压可以控制MOS管导通与关断的状态。
2. 漏电流（Leakage Current）: 漏电流是指MOS管在关断状态下，由于材料的特性而产生的漏电流。
较小的漏电流表示器件的关断状态能够更好地保持，从而提高器件的性能。
3. 开关速度（Switching Speed）: 开关速度是指MOS管从导通到关断或者从关断到导通的切换速度。
开关速度的快慢直接影响到MOS管的工作频率和功率损耗。
4. 最大耗散功率（Maximum Power Dissipation）: 最大耗散功率是指在最佳工作条件下，MOS管所能承受的最大功率。
超过该功率将导致MOS管过热，可能损坏器件。
5. 最大工作电压（Maximum Operating Voltage）: 最大工作电压是指MOS管可以正常工作的最高电压。
超过该电压会导致器件击穿，无法正常工作。
6. 最大漏极电压（Maximum Drain Voltage）: 最大漏极电压是指MOS管导通时可以承受的最大电压。
超过该电压会导致漏极电压过高，损坏MOS管。
7. 最大栅极电压（Maximum Gate Voltage）: 最大栅极电压是指MOS管可以承受的最高栅极电压。
超过该电压会导致器件击穿，无法正常工作。
8. 动态电阻（Dynamic Resistance）：动态电阻是指MOS管在开关过程中的电阻变化。
较小的动态电阻表示MOS管开关速度较快，能够更有效地实现导通与关断。
MOS_场效应管的工作原理及特点
MOS 场效应管的工作原理及特点场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。
有N沟道器件和P 沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（Metal Oxide SemIConductor FET）。
MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管道增强型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。
P型半导体称为衬底(substrat)，用符号B表示。
一、工作原理1．沟道形成原理当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（VGS(th) 称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，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，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。
MOS场效应管
vGS v DS VP 0
0
5
10
15 20 -1.8V
场效应管电路符号
NEMOS
d B s
NDMOS
d B s d B s
d NJFET g
沟道线是实线， 为耗尽型FET
g
g
箭头方向指向沟 道，为NFET
PEMOS d
d
s
PDMOS
g s
B
PJFET g
g
沟道线是虚线， 为增强型FET
箭头由沟道指出， 为PFET s
IGFET 有很高的输入电阻，栅极处于绝缘状 有很高的输入电阻， 态，因此若人体或其它物体在栅极上感应生成的电 荷很难被泄放掉， 荷很难被泄放掉，电荷在栅极的积累造成栅压的升 的极间电容很小， 高，由于一般的 FET的极间电容很小，因此数量 的极间电容很小 不多的电荷就会引起较高的电压， 不多的电荷就会引起较高的电压，如果感应电压过 就会把二氧化硅绝缘层击穿， 大，就会把二氧化硅绝缘层击穿，使管子在未经焊 接和使用情况下就失效或损坏了。 接和使用情况下就失效或损坏了。 为了避免上述事故， 为了避免上述事故，关键要减小外界感应的影 避免栅极的悬空，在保存IGFET 时，可选用 响，避免栅极的悬空，在保存 导线将三个电极绕在一起等到已经形成栅极直流通 路后再解开缠绕的导线， 路后再解开缠绕的导线，还应使用外壳接地良好的 电烙铁，最好是焊接时不加交流电， 电烙铁，最好是焊接时不加交流电，利用电烙铁余 外壳仍接地）更为安全。在测量及使用中， 热（外壳仍接地）更为安全。在测量及使用中，仔 细检查仪器、仪表的漏电及接地情况。 细检查仪器、仪表的漏电及接地情况。MOSFET 只能用测试仪，不能用万用表。 只能用测试仪，不能用万用表。
MOS场效应管放大电路
电源抑制比
偏置电路应具有较高的电 源抑制比，以提高放大电 路对电源噪声的抑制能力。
调整方便性
偏置电路应易于调整，以 满足不同工作条件下的需 要。
Part
04
mos场效应管放大电路的性 能分析
电压放大倍数
总结词
电压放大倍数是mos场效应管放大电路的重要性能指标，表示输出电压与输入电压的比 值。
详细描述
促进电子技术发展
研究mos场效应管放大电 路有助于推动电子技术的 发展，促进相关领域的技 术创新。
Part
02
mos场效应管放大电路的基 本原理
mos场效应管的工作原理
金属-氧化物-半导体结构
mos场效应管由金属、氧化物和半导体材料组成，形成导电沟道。
电压控制器件
mos场效应管通过外加电压控制导电沟道的开闭，实现电流的放大 或开关作用。
02
结果表明，mos场效应管放大电路具有高放大倍数、高输入电阻和低噪声等优 点，适用于低频信号放大和高增益要求的应用场景。
03
本文还对mos场效应管放大电路的稳定性进行了分析，并提出了改进措施，以 提高电路的稳定性和可靠性。
对未来研究的展望
未来研究可以进一步探索mos场效应管放大电路在高频、宽带和低噪声等方面的性能优化，以满足更 广泛的应用需求。
VS
详细描述
失真性能是衡量mos场效应管放大电路性 能的重要指标之一，失真越小，电路的性 能越好。失真性能主要受到静态工作点、 跨导、源极电阻和负载电阻等因素的影响 。
Part
05
mos场效应管放大电路的应 用
在音频放大器中的应用
音频放大器是mos场效应 1
管放大电路的重要应用领 域之一。
MOS场效应晶体管ppt课件
16
2. MOS管的基本工作原理
MOS 场效应晶体管的工作原理示意图
17
4.2.2 MOS 场效应晶体管的转移特性
MOS 场效应晶体管可分为以下四种类型:N沟增强型、 N沟耗尽型、P沟增强型、P沟耗尽型。 1. N沟增强型MOS管及转移特性
18
2. N沟耗尽型MOS管及转移特性 3.P沟增强型MOS管及转移特性
理想 MOS 二极管不同 偏压下的能带图及 电荷分布
a) 积累现象 b) 耗尽现象 c) 反型现象
3
2.表面势与表面耗尽区 下图给出了P型半导体MOS结构在栅极电压UG>>0情况 下更为详细的能带图。
4
在下面的讨论中，定义与费米能级相对应的费米势为
F
(Ei
EF )体内 q
因此，对于P型半导体， F
如图所示，当漏源电压UDS增高到某一值时，漏源电流 就会突然增大，输出特性曲线向上翘起而进入击穿区。 关于击穿原因，可用两种不同的击穿机理进行解释：漏 区与衬底之间PN结的雪崩击穿和漏-源之间的穿通。
41
1. 漏区-衬底之间的PN结击穿 在MOS晶体管结构中，栅极金属有一部分要覆盖在漏极上。 由于金属栅的电压一般低于漏区的电位，这就在金属栅极 与漏区之间形成附加电场，这个电场使栅极下面PN结的耗 尽区电场增大，如下图，因而使漏源耐压大大降低。
a) N 沟 MOS b) P 沟 MOS
29
3. 衬底杂质浓度的影响
衬底杂质浓度对阀值电压的影响
30
4. 功函数差的影响
功函数差也将随衬底杂质浓度的变化而变化。但实验证明， 该变化的范围并不大。 从阀值电压的表示式可知，功函数越大，阀值电压越高。 为降低阀值电压，应选择功函数差较低的材料，如掺杂多 晶体硅作栅电极。
场效应管和mos管的区别
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体),FET(Field Effect Transistor场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。
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中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSFET)。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(Static Induction Transistor——SIT)。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,但其电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类:按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为;耗尽型;当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道,增强型;对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示;其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET (Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文主要以VDMOS 器件为例进行讨论。
MOS 场效应晶体管
工作原理
mosfet通过在金属-氧化物-半导 体结构上施加电压，控制电子流动， 实现信号放大和开关作用。
结构
mosfet由栅极、源极、漏极和半导 体层组成，具有对称的结构。
mos 场效应晶体管的应用
集成电路
mosfet是集成电路中的基本元件， 广泛应用于数字电路和模拟电路 中。
工作原理概述
电压控制
导电通道的形成与消失
mos场效应晶体管是一种电压控制器 件，通过在栅极施加电压来控制源极 和漏极之间的电流流动。
随着栅极电压的变化，导电通道的形 成与消失，从而控制源极和漏极之间 的电流流动。
反型层
当在栅极施加正电压时，会在半导体 表面产生一个反型层，使得源极和漏 极之间形成导电通道。
电压与电流特性
转移特性曲线
描述栅极电压与漏极电流之间关 系的曲线。随着栅极电压的增加， 漏极电流先增加后减小，呈现出
非线性特性。
跨导特性
描述源极电压与漏极电流之间关 系的曲线。跨导反映了mos场效
应晶体管的放大能力。
输出特性曲线
描述漏极电压与漏极电流之间关 系的曲线。在一定的栅极电压下， 漏极电流随着漏极电压的增加而
增加，呈现出线性特性。
Part
03
mos 场效应晶体管的类型与 特性
nmos 场效应晶体管
总结词
NMOS场效应晶体管是一种单极型晶体管，其导电沟道由负电荷主导。
详细描述
NMOS场效应晶体管通常由硅制成，其导电沟道由负电荷主导，因此被称为 NMOS。在NMOS中，电子是主要的载流子，其源极和漏极通常为n型，而衬 底为p型。
制造工艺中的挑战与解决方案
1 2 3
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1VDSQ
21
场效应管举例：
例1： un50c0m 2/Vs,cox3.1108F/cm 2
已知 W10u0m ,l10 um ,IDQ1m,A 0.0V 11 0.1, 求：小信号模型的参数
解：gm 2
uncOXW l
IDQ(1VDSQ)
2 5003.1108 100103 2 7.85108 557uA/V 210
子，这里出现以
电子导电为主的 N型导电沟道。
N
感应出电子 P
N
VT称为阈值电压
6
UGS UDS S GD
UGS较小时，导 电沟道相当于电
阻将D-S连接起
来，UGS越大此 电阻越小。
N
N
P
7
UGS UDS S GD
当UDS不太大 时，导电沟 道在两个N区 间是均匀的。
N
N
P
当UDS较大时， 靠近D区的导
D
D
G
G
S
S
S源极
26
二、工作原理（以N沟道为例）
1、VDS=0，G、S加负电压：
PN结反偏，
|UGS|越大则耗尽 区越宽，导电沟
道越窄。 G
D ID N
NP NP
UGS S
UDS=0V时 UDS =0
27
UGS达到一定值时 （夹断电压VP）,耗 尽区碰到一起，DS
间被夹断，这时，即
使UDS 0V，漏极电 D ID
VGS VGS(th) 7.625 2.62V
VDS VGS VGS(th)
23
§3.2 结型场效应管:
一、结构 基底 ：N型半导体
D漏极
G(栅极)
N PP
两边是P区 导电沟道
S源极
24
D漏极
G(栅极)
N PP
N沟道结型场效应管
D
D
G
G
S
S
S源极
25
D漏极
G(栅极)
P NN
P沟道结型场效应管
43
第三节、场效应管的应用原理：
一、放大电路：
1、 电路的组成： N沟道增强型MOS管处于恒流状态的条件是:vDS>vGS-vGS(th)。因此直流电 源的设置要满足这个要求。
同时由于场效应管是由G—S间的电压来控制iD的，因此输入信号要能控制 vGS达到放大的目的。根据上述想法就组成了共源放大电路如图所示。可 以看到它与晶体管共射放大电路完全是对应，VGG的作用是确定静态工作 点。
(W / l)2 (W / l)1
1VGS(th)
(W / l)2 1
(W / l)1
调节两管的宽长比，可以得到所
要得电压
49
三、开关
vG
vi
VU 5V
RL
vO
输入电压的变化范围内的开关电平的要求
ID
u nC oxW 2L
[ 2 (V GS
V GS ( th ) )V DS
V
2 DS
]
Ron
ID
15
衬底效应
在集成电路中，许多MOS管都制作在同一衬底上，为了保证衬底与源、 漏区之间的PN结反偏，衬底必须接在电路的最低电位上。 若某些MOS管的源极不能处在电路的最低电位上，则其源极与衬底极不能 相连，其间就会作用着负值的电压VUS,在负值衬底电压VUS作用下，P型硅 衬底中的空间电荷区将向衬底底部扩展，空间电荷区中的负离子数增多。 但是由于VGS不变，即栅极上的正电荷量不变，因而反型层中的自由电子 数就必然减小，从而引起沟道电阻增大，ID减小。
iG 0 iD f(vGS,vDS)IDQviG DSvGSviD DSvDS id gmvGSgdsvDS
gmviG DSvGSuC l o(xVG WSQ VG(Sth))1 (VDS)Q 2 uC l oxIDW Q (1VDS)Q
gds
iD vDS
Q uCloxW(VGSQVGS(th))
IDQ
vDS=VDD-iDRD 与vGS=VGG的曲线相交于Q点。从而定出IDQ和VDSQ。
45
3、交流性能的计算
输入电阻Ri很大，近似为栅源间的电阻（>1010Ω），输出电阻Ro≈RD 共源放大电路与共射电路形式相似，只是电路的输入电阻要比共射电路的大得 多，故在高输入电阻得场合常用场效应管放大电路。
D
SG D G
N
N
P
予埋了导 电沟道
S
N 沟道耗尽型
17
SG D D
P
P
N
G
予埋了导 电沟道
S
P 沟道耗尽型
18
2、特性曲线：
耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向
电压才能夹断。 ID
转移特性曲线
UGS
VT 0
19
输出特性曲线
ID
0
UGS>0 UGS=0 UGS<0
U DS
20
三、小信号模型
阻越大。
区宽度有限，存在导 电沟道。DS间相当于
D
ID
线性电阻。
N
UDS
G NP NP
UGS
S
30
沟道中仍是电阻 特性，但是是非 线性电阻。
G
UGS
UGS<Vp且UDS较大时UGD<VP 时耗尽区的形状 D ID
UDS PP
N
S
31
漏端的沟道被夹断， 称为予夹断。
D UDS增大则被夹断 区向下延伸。
V GS V G V S 11 2 I D
假定
ID
u n C OX W 2l
(V GS
V GS
)2
( th )
0 . 25 (11 2 I D 5 ) 2
I
2 D
7ID
9
0
I D
5 . 30 mA 1 . 69 mA
舍去
VGS 1Байду номын сангаас1.692 7.62 VGS(th)
VDS 181.696 7.86V
G P
UGS<Vp UGD=VP时 ID UDS P
UGS
N
S
32
此时，电流ID由未 被夹断区域中的载 流子形成，基本不 随UDS的增加而增 加，呈恒流特性。
G
UGS
UGS<Vp UGD=VP时 D ID
UDS PP
N
S
33
三、特性曲线
转移特性曲线
一定UDS下的ID-UGS曲线
ID IDSS
iDIDS(S1VVGPS)2
rds
1VDSQ 1
IDQ
IDQ
1 0.01103
105
gmu gm 0.155755.7uA/V
22
场效应管举例：
例2：
如图所示的电路， 求漏极电流，已知
unCOX W0.25 m/A V2 2l
VGS(th) 5V
解：VGRRg1g2VR DgD 2 447713801V 1
VS IDRS
电沟道变窄。
8
UGS UDS
UDS增加，UGD=VGS(Th) 时，靠近D端的沟道被 夹断，称为予夹断。
S GD ID
N
N
P
夹断后，即
使UDS 继续 增加，ID仍
呈恒流特性。
9
预夹断后， 夹断点向源极方 向移动，沟道的 长度略有减小， 相应的沟道电阻 略有减小，结果 漏极电路稍有增 大。
iD B VGS=const
44
2、静态工作点的计算
计算电路的静态工作点要先作出原电路的直流通路，如图所示。由于 栅源之间是绝缘的，故iG=0，所以VGSQ=VGG
iD
I DSS
( v GS V GS ( th )
1) 2
I DSS
( V GG V GS ( th )
1) 2
利用特性方程可求iD: 也可以用图解法在漏极特性中作负载线
模拟电子技术基础
第三章
场效应管
1
引言：
场效应管是利用电场效应来控制电流大小， 与双极型晶体管不同，它是多子导电，输 入阻抗高，温度稳定性好、噪声低。
场效应管有两种:
绝缘栅型场效应管MOS 结型场效应管JFET
2
§3.1 金属-氧化物-半导体场效应管
一、 N沟道增强型
1、结构和电路符号
S G D 金属铝 D
流ID=0A。
N
G PP
UGS
S
UDS=0时 UDS =0
28
2、VGS=0，D、S加正电压：
越靠近漏端，PN 结反压越大
D
G P
UGS=0且UDS>0时 耗尽区的形状 ID
UDS P
N UGS=0
S
29
3、G、S加负电压，D、S加正电压： UGS越大耗尽区越 宽，沟道越窄，电
但当UGS较小时，耗尽
(VGS
VGS(th) )VDS
Ron
L unCOXW
( VGS
1 VGS( th )
)
当VDS很小时
13
饱和区
ID
unC 2LoxW(VGS
VGS(th)
)2(1VDS) VA
unC 2LoxW(VGS VGS(th))2(1VDS)
G
ID D
ID(VGS） S
14
截止区和亚阈区
当工作在截止区时，即Vgs<VGS(th)时，沟道 未形成，因而ID=0。实际上，Vgs<VGS(th)时，ID 不会突变到零。不过其值很小(uA量级)，一般 可忽略不计。但是在某些应用场合，为了延长 电池寿命，工作电流取得很小，管子进入VGS(th) 附近很小的区域内(±100mV)。通常将这个工 作区称为亚阈区或弱反型层区，在这个工作区 内，ID与VGS之间服从指数规律变化，类似于晶 体三极管。