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,详情参考右侧图片(N沟道耗尽型MOS管)。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。
1 什么是MOSFET?
MOSFET是具有源极(Source),栅极(Gate),漏极(Drain)和主体(Body)端子的四端子设备。通常,MOSFET的主体与源极端子连接,从而形成诸如场效应晶体管的三端子器件。MOSFET通常被认为是晶体管,并且在模拟和数字电路中都使用。这是MOSFET的基本介绍。该设备的一般结构如下:
场效应晶体管
根据上述MOSFET结构,MOSFET的功能取决于沟道宽度中发生的电气变化以及载流子(空穴或电子)的流动。电荷载流子通过源极端子进入通道,并通过漏极离开。
沟道的宽度由称为栅极的电极上的电压控制,该电极位于源极和漏极之间。它与极薄的金属氧化物层附近的通道绝缘。器件中存在的MOS容量是整个操作的关键部分。
带有端子的MOSFET
MOSFET可以通过两种方式发挥作用:
1)耗尽模式(Depletion Mode)
2)增强模式(Enhancement Mode)
当栅极端子两端没有电压时,该通道将显示其最大电导。而当栅极端子两端的电压为正或负时,则沟道电导率会降低。
举例:
当栅极端子两端没有电压时,该器件将不导通。当栅极端子两端的电压最大时,该器件将显示出增强的导电性。
增强模式
MOSFET器件的主要原理是能够控制源极端子和漏极端子之间的电压和电流。它几乎像一个开关一样工作,并且该设备的功能基于MOS电容器。MOS电容器是MOSFET的主要部分。
通过分别施加正或负栅极电压,可以将位于源极和漏极端子之间的下氧化层处的半导体表面从p型反转为n型。当我们对正栅极电压施加排斥力时,氧化层下方的空穴将与基板一起向下推动。
耗尽区由与受体原子相关的结合的负电荷构成。当到达电子时,会形成一个通道。正电压还将电子从n +源极和漏极区吸引到沟道中。现在,如果在漏极和源极之间施加电压,电流将在源极和漏极之间自由流动,而栅极电压将控制沟道中的电子。代替正电压,如果我们施加负电压,则将在氧化物层下方形成空穴通道。
MOSFET方框图
P沟道MOSFET具有位于源极端子和漏极端子之间的P沟道区域。它是一个四端子设备,其端子分别为栅极,漏极,源极和主体。漏极和源极是重掺杂的p +区域,主体或衬底为n型。电流流向带正电的空穴的方向。
当我们在栅极端子上施加具有排斥力的负电压时,存在于氧化层下方的电子将被向下推入基板。耗尽区由与施主原子相关的结合正电荷构成。负栅极电压还将吸引来自p +源极和漏极区域的空穴进入沟道区域。
N沟道MOSFET具有位于源极和漏极端子之间的N沟道区域。它是一个四端子设备,其端子分别为栅极,漏极,源极,主体。在这种场效应晶体管中,漏极和源极是重掺杂的n +区域,衬底或主体是P型的。
由于带负电的电子,在这种类型的MOSFET中发生电流流动。当我们在栅极端子上施加具有排斥力的正电压时,存在于氧化层下方的空穴将被向下推入基板。耗尽区由与受体原子相关的结合负电荷构成。
在电子到达时,形成通道。正电压还将电子从n +源极和漏极区吸引到沟道中。现在,如果在漏极和源极之间施加电压,则电流将在源极和漏极之间自由流动,而栅极电压将控制沟道中的电子。如果我们施加负电压,则将在氧化层下方形成一个空穴通道,而不是正电压。
在最一般的情况下,此设备的操作主要发生在三个区域,这些区域如下:
现在让我们考虑MOSFET的开关特性
诸如MOSFET或双极结晶体管之类的半导体在两种情况下也基本上起着开关的作用:一种是导通状态,另一种是截止状态。为了考虑这种功能,让我们看一下MOSFET器件的理想和实用特性。
当MOSFET可以用作理想开关时,它应具有以下特性,这些特性是
由于世界不仅限于理想的应用,因此MOSFET的功能甚至适用于实际目的。在实际情况下,设备应具有以下属性
在下面的电路布置中,增强模式和N沟道MOSFET用于在条件为ON和OFF的情况下切换样品灯。栅极端子上的正电压施加到晶体管的基极,并且灯进入导通状态,此时V GS = + v或处于零电压电平,器件会变为V GS = 0的关断状态。
如果要用电感性负载代替灯的电阻性负载,并将其连接到受负载保护的继电器或二极管上。在上述电路中,它是用于切换电阻性负载(例如灯或LED)的非常简单的电路。但是,当将MOSFET用作感性负载或容性负载的开关时,则MOSFET器件需要保护。
如果在不保护MOSFET的情况下,则可能导致器件损坏。为了使MOSFET用作模拟开关器件,需要在V GS = 0的截止区域和V GS = + v的饱和区域之间切换。
MOSFET也可以用作晶体管,缩写为金属氧化物硅场效应晶体管。在这里,名称本身表示该设备可以作为晶体管工作。它将具有P通道和N通道。使用四个源极,栅极和漏极端子以这种方式连接该器件,并且将24Ω的电阻负载与一个电流表串联连接,并且将一个电压表跨接在MOSFET上。
在晶体管中,在栅极中流动的电流为正方向,并且源极端子接地。而在双极结型晶体管器件中,电流流经基极-发射极路径。但是在该器件中,没有电流流动,因为在门的开始处有一个电容器,它仅需要电压。
这可以通过继续进行仿真过程以及打开/关闭电源来实现。当开关接通时,电路上没有电流流过,当连接了24Ω的电阻和0.29的电流表电压时,由于整个器件上有+ 0.21V的电压,因此我们发现电源两端的压降可忽略不计。
漏极和源极之间的电阻称为RDS。由于此RDS,电路中有电流流动时会出现电压降。RDS因设备类型而异(根据电压类型,RDS可能在0.001、0.005和0.05之间变化。
要学习的概念很少:
1)。如何选择MOSFET作为开关?
选择MOSFET作为开关时,几乎没有什么条件可遵循,这些条件如下:
2)。什么是MOSFET开关效率?
在将MOSFET用作开关器件时的主要限制是该器件能够提供的增强的漏极电流值。这意味着RDS处于导通状态是决定MOSFET开关能力的关键参数。它表示为漏极-源极电压与漏极电流的比值。必须仅在晶体管的导通状态下进行计算。
3)。为什么在升压转换器中使用MOSFET开关?
通常,升压转换器需要开关晶体管来使器件工作。因此,使用开关晶体管MOSFET。这些设备用于了解电流值和电压值。而且,考虑到切换速度和成本,这些被广泛采用。
该设备最重要的例子之一是用作路灯自动亮度控制的开关。如今,我们在高速公路上观察到的许多灯都是由高强度放电灯组成的。但是使用HID灯会消耗更多的能量。
不能根据要求限制亮度,因此,必须有一个替代照明方法的开关,它是LED。LED系统的使用将克服高强度灯的缺点。这种结构背后的主要概念是利用微处理器直接在高速公路上控制灯光。
只需修改时钟脉冲即可实现。根据需要,该设备可用于开关灯。它由一个覆盆子pi板组成,其中包含用于管理的处理器。在这里,LED可以代替HID,并且它们通过MOSFET与处理器连接。微控制器提供相应的占空比,然后切换到MOSFET以提供高强度。
优势很少:
缺点很少:
MOSFET的应用是