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  • IGBT的工作原理和工作特性doc,IGBT的开关作用是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP晶体管提供基极电流,使IGBT导通。反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBT关断。IGBT的驱动方法和MOSFET基本相同...
  • 它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多,可达1010Ω以上,还由于它比结型场效应管温度动摇性好、集成化时温度复杂,而普遍运用于大规模和超大规模集成电路中。 与结型场效应管相反,MOS管义务原理动画表示...


    绝缘型场效应管的栅极与源极、栅极和漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,因此而得名。又因栅极爲金属铝,故又称爲MOS管。它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多,可达1010Ω以上,还由于它比结型场效应管温度动摇性好、集成化时温度复杂,而普遍运用于大规模和超大规模集成电路中。

    与结型场效应管相反,MOS管义务原理动画表示图也有N沟道和P沟道两类,但每一类又分爲增强型和耗尽型两种,因此MOS管的四种类型爲:N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。凡栅极-源极电压UGS爲零时漏极电流也爲零的管子均属于增强型管,凡栅极-源极电压UGS爲零时漏极电流不爲零的管子均属于耗尽型管。

    根据导电方式的不同,MOS管又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止形状,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,构成导电沟道。

    N沟道增强型MOS管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,然后用光刻工艺分散两个高掺杂的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爲栅极G。

    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间构成电流。

    当栅极加有电压时,若0<VGS<VGS(th)时,经过栅极和衬底间构成的电容电场作用,将接近栅极下方的P型半导体中的多子空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层;同时将吸引其中的少子向表层运动,但数量有限,缺乏以构成导电沟道,将漏极和源极沟通,所以仍然缺乏以构成漏极电流ID。

    进一步添加VGS,当VGS>VGS(th)时( VGS(th)称爲开启电压),由于此时的栅极电压已经比较强,在接近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子,可以构成沟道,将漏极和源极沟通。假设此时加有漏源电压,就可以构成漏极电流ID。在栅极下方构成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称爲反型层。随着VGS的继续添加,ID将不时添加。在VGS=0V时ID=0,只需当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,所以,这种MOS管称爲增强型MOS管。

    VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(VGS(th))|VDS=const这一曲线描画,称爲转移特性曲线,MOS管义务原理动画见图1.

    转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制造用。 gm的量纲爲mA/V,所以gm也称爲跨导。

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  • 场效应管基础知识-工作原理,结型场效应管的工作原理 N沟道和P沟道结型场效应管的...因此,讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD(或沟道电阻)的控制作用,以及漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响 
  • MOS管工作原理---动画解释

    千次阅读 2019-02-17 17:33:10
    MOS管工作原理动画 绝缘型场效应管的栅极与源极、栅极和漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,因此而得名。又因栅极为金属铝,故又称为MOS管。它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多,可达1010Ω以上,还因为它比...

    MOS管工作原理动画

    绝缘型场效应管的栅极与源极、栅极和漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,因此而得名。又因栅极为金属铝,故又称为MOS管。它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多,可达1010Ω以上,还因为它比结型场效应管温度稳定性好、集成化时温度简单,而广泛应用于大规模和超大规模集成电路中。

    MOS管工作原理动画

    与结型场效应管相同,MOS管工作原理动画示意图也有N沟道和P沟道两类,但每一类又分为增强型和耗尽型两种,因此MOS管的四种类型为:N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管,凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。

    MOS管工作原理动画

    根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。

    MOS管工作原理动画

    N沟道增强型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。

     

    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,通过栅极和衬底间形成的电容电场作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的多子空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层;同时将吸引其中的少子向表层运动,但数量有限,不足以形成导电沟道,将漏极和源极沟通,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( VGS(th)称为开启电压),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。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。随着VGS的继续增加,ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,所以,这种MOS管称为增强型MOS管。

     

    VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(VGS(th))|VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线,MOS管工作原理动画见图1.。

     

    转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。跨导。

    MOS管工作原理动画

    图1. 转移特性曲线

     

    MOS管工作原理动画2—54(a)为N沟道增强型MOS管工作原理动画图,其电路符号如图2—54(b)所示。它是用一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底,利用扩散工艺在衬底上扩散两个高掺杂浓度的N型区(用N+表示),并在此N型区上引出两个欧姆接触电极,分别称为源极(用S表示)和漏极(用D表示)。在源区、漏区之间的衬底表面覆盖一层二氧化硅(SiO2)绝缘层,在此绝缘层上沉积出金属铝层并引出电极作为栅极(用G表示)。从衬底引出一个欧姆接触电极称为衬底电极(用B表示)。由于栅极与其它电极之间是相互绝缘的,所以称它为绝缘栅型场效应管。MOS管工作原理动画图2—54(a)中的L为沟道长度,W为沟道宽度。

    MOS管工作原理动画

    图2—54所示的MOSFET,当栅极G和源极S之间不加任何电压,即UGS=0

     

    时,由于漏极和源极两个N+型区之间隔有P型衬底,相当于两个背靠背连接的PN结,它们之间的电阻高达1012W的数量级,也就是说D、S之间不具备导电的沟道,所以无论漏、源极之间加何种极性的电压,都不会产生漏极电流ID。

     

    当将衬底B与源极S短接,在栅极G和源极S之间加正电压,即UGS﹥0时,MOS管工作原理动画图2—55(a)所示,则在栅极与衬底之间产生一个由栅极指向衬底的电场。在这个电场的作用下,P衬底表面附近的空穴受到排斥将向下方运动,电子受电场的吸引向衬底表面运动,与衬底表面的空穴复合,形成了一层耗尽层。如果进一步提高UGS电压,使UGS达到某一电压UT时,P衬底表面层中空穴全部被排斥和耗尽,而自由电子大量地被吸引到表面层,由量变到质变,使表面层变成了自由电子为多子的N型层,称为“反型层”,MOS管工作原理动画图2—55(b)所示。反型层将漏极D和源极S两个N+型区相连通,构成了漏、源极之间的N型导电沟道。把开始形成导电沟道所需的UGS值称为阈值电压或开启电压,用UT表示。显然,只有UGS﹥UT时才有沟道,而且UGS越大,沟道越厚,沟道的导通电阻越小,导电能力越强。这就是为什么把它称为增强型的缘故。

     

    在UGS﹥UT的条件下,如果在漏极D和源极S之间加上正电压UDS,导电沟道就会有电流流通。漏极电流由漏区流向源区,因为沟道有一定的电阻,所以沿着沟道产生电压降,使沟道各点的电位沿沟道由漏区到源区逐渐减小,靠近漏区一端的电压UGD最小,其值为UGD=UGS-UDS,相应的沟道最薄;靠近源区一端的电压最大,等于UGS,相应的沟道最厚。这样就使得沟道厚度不再是均匀的,整个沟道呈倾斜状。随着UDS的增大,靠近漏区一端的沟道越来越薄。

    MOS管工作原理动画

    MOS管工作原理动画

    当UDS增大到某一临界值,使UGD≤UT时,漏端的沟道消失,只剩下耗尽层,把这种情况称为沟道“预夹断”,MOS管工作原理动画图2—56(a)所示。继续增大UDS(即UDS>UGS-UT),夹断点向源极方向移动,MOS管工作原理动画图2—56(b)所示。尽管夹断点在移动,但沟道区(源极S到夹断点)的电压降保持不变,仍等于UGS-UT。因此,UDS多余部分电压[UDS-(UGS-UT)]全部降到夹断区上,在夹断区内形成较强的电场。这时电子沿沟道从源极流向夹断区,当电子到达夹断区边缘时,受夹断区强电场的作用,会很快的漂移到漏极。

     

    耗尽型。耗尽型是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。

     

    耗尽型MOS场效应管,是在制造过程中,预先在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子,因此,在UGS=0时,这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的电子,形成N型导电沟道。

     

    当UDS>0时,将产生较大的漏极电流ID。如果使UGS<0,则它将削弱正离子所形成的电场,使N沟道变窄,从而使ID减小。当UGS更负,达到某一数值时沟道消失,ID=0。使ID=0的UGS我们也称为夹断电压,仍用UP表示。UGS

     

    N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构类似,只有一点不同,就是N沟道耗尽型MOSFET在栅极电压uGS=0时,沟道已经存在。该N沟道是在制造过程中应用离子注入法预先在衬底的表面,在D、S之间制造的,称之为初始沟道。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如MOS管工作原理动画1.(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS>0时,将使ID进一步增加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图1.(b)所示。

    MOS管工作原理动画

    图1. N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线

     

    由于耗尽型MOSFET在uGS=0时,漏源之间的沟道已经存在,所以只要加上uDS,就有iD流通。如果增加正向栅压uGS,栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子,沟道变厚,沟道的电导增大。

     

    如果在栅极加负电压(即uGS<0=,就会在相对应的衬底表面感应出正电荷,这些正电荷抵消N沟道中的电子,从而在衬底表面产生一个耗尽层,使沟道变窄,沟道电导减小。当负栅压增大到某一电压Up时,耗尽区扩展到整个沟道,沟道完全被夹断(耗尽),这时即使uDS仍存在,也不会产生漏极电流,即iD=0。UP称为夹断电压或阈值电压,其值通常在–1V–10V之间N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2—60(a)、(b)所示。

     

    在可变电阻区内,iD与uDS、uGS的关系仍为

    MOS管工作原理动画

    在恒流区,iD与uGS的关系仍满足式(2—81),即

    MOS管工作原理动画

    若考虑uDS的影响,iD可近似为

    MOS管工作原理动画

    对耗尽型场效应管来说,式(2—84)也可表示为

    MOS管工作原理动画

    式中,IDSS称为uGS=0时的饱和漏电流,其值为

    MOS管工作原理动画

    P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

    MOS管工作原理动画

    3 主要参数

    (1) 直流参数

    指耗尽型MOS夹断电压UGS=UGS(off) 、增强型MOS管开启电压UGS(th)、耗尽型场效应三极管的饱和漏极电流IDSS(UGS=0时所对应的漏极电流)、输入电阻RGS.

    (2) 低频跨导gm

    gm可以在转移特性曲线上求取,单位是mS(毫西门子)。

    (3) 最大漏极电流IDM

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  • MOS管工作动画原理图详解

    万次阅读 多人点赞 2019-01-28 09:08:19
    它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多,可达1010Ω以上,还因为它比结型场效应管温度稳定性好、集成化时温度简单,而广泛应用于大规模和超大规模集成电路中。 MOS管工作原理动画 与结型场效应管相同,MOS管...

    MOS管工作动画原理图详解

    绝缘型场效应管的栅极与源极、栅极和漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,因此而得名。又因栅极为金属铝,故又称为MOS管。它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多,可达1010Ω以上,还因为它比结型场效应管温度稳定性好、集成化时温度简单,而广泛应用于大规模和超大规模集成电路中。
    MOS管工作原理动画
    在这里插入图片描述
    与结型场效应管相同,MOS管工作原理动画示意图也有N沟道和P沟道两类,但每一类又分为增强型和耗尽型两种,因此MOS管的四种类型为:
    N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、
    P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。
    凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管,凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。
    MOS管工作原理动画
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    根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。
    MOS管工作原理动画
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    N沟道增强型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。

    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,通过栅极和衬底间形成的电容电场作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的多子空穴向下方排斥,出现了一薄层负离子的耗尽层;同时将吸引其中的少子向表层运动,但数量有限,不足以形成导电沟道,将漏极和源极沟通,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( VGS(th)称为开启电压),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。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层。随着VGS的继续增加,ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0,只有当VGS>VGS(th)后才会出现漏极电流,所以,这种MOS管称为增强型MOS管。

    VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(VGS(th))|VDS=const这一曲线描述,称为转移特性曲线,MOS管工作原理动画见图1.。

    转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 gm的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。跨导。
    MOS管工作原理动画
    图1. 转移特性曲线
    在这里插入图片描述

    MOS管工作原理动画2—54(a)为N沟道增强型MOS管工作原理动画图,其电路符号如图2—54(b)所示。它是用一块掺杂浓度较低的P型硅片作为衬底,利用扩散工艺在衬底上扩散两个高掺杂浓度的N型区(用N+表示),并在此N型区上引出两个欧姆接触电极,分别称为源极(用S表示)和漏极(用D表示)。在源区、漏区之间的衬底表面覆盖一层二氧化硅(SiO2)绝缘层,在此绝缘层上沉积出金属铝层并引出电极作为栅极(用G表示)。从衬底引出一个欧姆接触电极称为衬底电极(用B表示)。由于栅极与其它电极之间是相互绝缘的,所以称它为绝缘栅型场效应管。MOS管工作原理动画图2—54(a)中的L为沟道长度,W为沟道宽度。
    MOS管工作原理动画
    图2—54所示的MOSFET,当栅极G和源极S之间不加任何电压,即UGS=0
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    时,由于漏极和源极两个N+型区之间隔有P型衬底,相当于两个背靠背连接的PN结,它们之间的电阻高达1012W的数量级,也就是说D、S之间不具备导电的沟道,所以无论漏、源极之间加何种极性的电压,都不会产生漏极电流ID。

    当将衬底B与源极S短接,在栅极G和源极S之间加正电压,即UGS﹥0时,MOS管工作原理动画图2—55(a)所示,则在栅极与衬底之间产生一个由栅极指向衬底的电场。在这个电场的作用下,P衬底表面附近的空穴受到排斥将向下方运动,电子受电场的吸引向衬底表面运动,与衬底表面的空穴复合,形成了一层耗尽层。如果进一步提高UGS电压,使UGS达到某一电压UT时,P衬底表面层中空穴全部被排斥和耗尽,而自由电子大量地被吸引到表面层,由量变到质变,使表面层变成了自由电子为多子的N型层,称为“反型层”,MOS管工作原理动画图2—55(b)所示。反型层将漏极D和源极S两个N+型区相连通,构成了漏、源极之间的N型导电沟道。把开始形成导电沟道所需的UGS值称为阈值电压或开启电压,用UT表示。显然,只有UGS﹥UT时才有沟道,而且UGS越大,沟道越厚,沟道的导通电阻越小,导电能力越强。这就是为什么把它称为增强型的缘故。

    在UGS﹥UT的条件下,如果在漏极D和源极S之间加上正电压UDS,导电沟道就会有电流流通。漏极电流由漏区流向源区,因为沟道有一定的电阻,所以沿着沟道产生电压降,使沟道各点的电位沿沟道由漏区到源区逐渐减小,靠近漏区一端的电压UGD最小,其值为UGD=UGS-UDS,相应的沟道最薄;靠近源区一端的电压最大,等于UGS,相应的沟道最厚。这样就使得沟道厚度不再是均匀的,整个沟道呈倾斜状。随着UDS的增大,靠近漏区一端的沟道越来越薄。

    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    MOS管工作原理动画
    MOS管工作原理动画
    当UDS增大到某一临界值,使UGD≤UT时,漏端的沟道消失,只剩下耗尽层,把这种情况称为沟道“预夹断”,MOS管工作原理动画图2—56(a)所示。继续增大UDS(即UDS>UGS-UT),夹断点向源极方向移动,MOS管工作原理动画图2—56(b)所示。尽管夹断点在移动,但沟道区(源极S到夹断点)的电压降保持不变,仍等于UGS-UT。因此,UDS多余部分电压[UDS-(UGS-UT)]全部降到夹断区上,在夹断区内形成较强的电场。这时电子沿沟道从源极流向夹断区,当电子到达夹断区边缘时,受夹断区强电场的作用,会很快的漂移到漏极。

    耗尽型。耗尽型是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。

    耗尽型MOS场效应管,是在制造过程中,预先在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子,因此,在UGS=0时,这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的电子,形成N型导电沟道。

    当UDS>0时,将产生较大的漏极电流ID。如果使UGS<0,则它将削弱正离子所形成的电场,使N沟道变窄,从而使ID减小。当UGS更负,达到某一数值时沟道消失,ID=0。使ID=0的UGS我们也称为夹断电压,仍用UP表示。UGS

    N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构类似,只有一点不同,就是N沟道耗尽型MOSFET在栅极电压uGS=0时,沟道已经存在。该N沟道是在制造过程中应用离子注入法预先在衬底的表面,在D、S之间制造的,称之为初始沟道。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如MOS管工作原理动画1.(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当VGS>0时,将使ID进一步增加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图1.(b)所示。
    MOS管工作原理动画
    图1. N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线
    在这里插入图片描述

    由于耗尽型MOSFET在uGS=0时,漏源之间的沟道已经存在,所以只要加上uDS,就有iD流通。如果增加正向栅压uGS,栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子,沟道变厚,沟道的电导增大。

    如果在栅极加负电压(即uGS<0=,就会在相对应的衬底表面感应出正电荷,这些正电荷抵消N沟道中的电子,从而在衬底表面产生一个耗尽层,使沟道变窄,沟道电导减小。当负栅压增大到某一电压Up时,耗尽区扩展到整个沟道,沟道完全被夹断(耗尽),这时即使uDS仍存在,也不会产生漏极电流,即iD=0。UP称为夹断电压或阈值电压,其值通常在–1V–10V之间N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2—60(a)、(b)所示。

    在可变电阻区内,iD与uDS、uGS的关系仍为
    MOS管工作原理动画
    在恒流区,iD与uGS的关系仍满足式(2—81),即
    MOS管工作原理动画
    若考虑uDS的影响,iD可近似为
    在这里插入图片描述
    MOS管工作原理动画
    对耗尽型场效应管来说,式(2—84)也可表示为
    MOS管工作原理动画
    式中,IDSS称为uGS=0时的饱和漏电流,其值为
    MOS管工作原理动画
    P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。
    MOS管工作原理动画
    3 主要参数
    (1) 直流参数
    指耗尽型MOS夹断电压UGS=UGS(off) 、增强型MOS管开启电压UGS(th)、耗尽型场效应三极管的饱和漏极电流IDSS(UGS=0时所对应的漏极电流)、输入电阻RGS.
    (2) 低频跨导gm
    gm可以在转移特性曲线上求取,单位是mS(毫西门子)。
    (3) 最大漏极电流IDM

    本文转载自《“KIA半导体”》

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  • MOS管原理用法

    千次阅读 2018-04-27 01:11:56
    一、 一句话MOS管工作原理 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),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。 PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导...



     

     

    一、 一句话MOS管工作原理

         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),只要栅极电压达到一定电压(如4V或10V, 其他电压,看手册)就可以了。
              PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

     

     

    二、

    在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候,大部分人都会考虑MOS的导通电阻,最大电压等,最大电流等,也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的,但并不是优秀的,作为正式的产品设计也是不允许的。
        
    1,MOS管种类和结构
       MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。
        至于为什么不使用耗尽型的MOS管,不建议刨根问底。
       
        对于这两种增强型MOS管,比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小,且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。下面的介绍中,也多以NMOS为主。

        MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。
        在MOS管原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达、继电器),这个二极管很重要,用于保护回路。顺便说一句,体二极管只在单个的MOS管中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。

     

     

    2,MOS开关管损失
        不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。

        MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失通常开关损失比导通损失大得多而且开关频率越快,损失也越大。

        导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。

    3,MOS管驱动
        跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。
        在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
        第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。

        上边说的4V或10V是常用的MOS管的导通电压,设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小。现在也有导通电压更小的MOS管用在不同的领域里,但在12V汽车电子系统里,一般4V导通就够用了。

        MOS管的驱动电路及其损失,可以参考Microchip公司的AN799 Matching MOSFET Drivers to MOSFETs。讲述得很详细,所以不打算多写了。

    5,MOS管应用电路
        MOS管最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。
       

    参数含义:

     Rds(on):DS的导通电阻.当Vgs=10V时,MOS的DS之间的电阻
    Id:     最大DS电流.会随温度的升高而降低
    Vgs:     最大GS电压.一般为:-20V~+20V
    Idm:     最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低,体现一个抗冲击能力,跟脉冲时间也有关系
    Pd:      最大耗散功率
    Tj:      最大工作结温,通常为150度和175度
    Tstg:    最大存储温度
    Iar:     雪崩电流
    Ear:     重复雪崩击穿能量
    Eas:     单次脉冲雪崩击穿能量
    BVdss:  DS击穿电压
    Idss:    饱和DS电流,uA级的电流
    Igss:    GS驱动电流,nA级的电流.
    gfs:     跨导
    Qg:      G总充电电量
    Qgs:     GS充电电量 
    Qgd:     GD充电电量
    Td(on):  导通延迟时间,从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间
    Tr:      上升时间,输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间
    Td(off): 关断延迟时间,输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10% 的时间
    Tf:      下降时间,输出电压 VDS 从 10% 上升到其幅值 90% 的时间 ( 参考图 4) 。 
    Ciss:    输入电容,Ciss=Cgd + Cgs.
    Coss:    输出电容,Coss=Cds +Cgd. 
    Crss:    反向传输电容,Crss=Cgc.
     
     
    总结:
    N沟道的电源一般接在D,输出S,P沟道的电源一般接在S,输出D。
    增强耗尽接法基本一样。
    P是指P沟道,N是指N沟道。
    G:gate 栅极
    S:source 源极
    D:drain 漏极
     
    以RJK0822SPN的POWER MOS为例:
     Drain to source voltage:VDSS漏源极电压80V
    Gate to source voltage:VGSS ±20   门源电压这三种应用在各个领域都有详细的介绍,这里暂时不多写了。以后有时间再总结。


    PS  百度知道的一些

     

    P沟道

    P沟道的管子使用的时候你只需要记住几件事情:当栅极(G)的电压比漏极的电压(D)小5V以上(有的管子可以更低),管子就开始导通,压差越大,G和S(源极)之间的电阻就越小,损耗也就越小,但是不能太大。还有一件事情就是G和S之间的最大耐压,元器件手册上有说明。最后就是G和S之间容许通过的最大电流,这个元器件手册上写的也很清楚。说的够明白了。

    N沟道

    结构上,N沟道耗尽型MOS管与N沟道增强型MOS管基本相似,其区别仅在于栅-源极间电压vGS=0时,耗尽型MOS管中的漏-源极间已有导电沟道产生,而增强型MOS管要在vGS≥VT时才出现导电沟道。

    原因是制造N沟道耗尽型MOS管时,在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子),如图1(a)所示,因此即使vGS=0时,在这些正离子产生的电场作用下,漏-源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道),只要加上正向电压vDS,就有电流iD。如果加上正的vGS,栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子,沟道加宽,沟道电阻变小,iD增大。反之vGS为负时,沟道中感应的电子减少,沟道变窄,沟道电阻变大,iD减小。当vGS负向增加到某一数值时,导电沟道消失,iD趋于零,管子截止,故称为耗尽型。沟道消失时的栅-源电压称为夹断电压,仍用VP表示。与N沟道结型场效应管相同,N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP也为负值,但是,前者只能在vGS<0的情况下工作。而后者在vGS=0,vGS>0,VP<vGS<0的情况下均能实现对iD的控制,而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻,使栅极电流为零。这是耗尽型MOS管的一个重要特点。

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栅极电阻工作原理