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    • 1.mos场效应管的作用
    • 2.mos场效应管的基本结构
    • 3.mos场效应管的基本结构和工作原理
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mos场效应管的作用 mos场效应管的基本结构和工作原理

2022/11/30 作者:eefocus_3880508
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场效应管(FET),把输入电压的变化转化为输出电流的变化。FET的增益等于它的跨导, 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(P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P沟道mos管符号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,接下来小编给大家介绍一下mos场效应管的作用以及mos场效应管的基本结构和工作原理。

1.mos场效应管的作用

也就是MOS管,MOSFET。它是一种压控元件。它的作用我主要从使用场景来说明:

1、电源开关:可以用P-MOS实现电源开关。

mos场效应管的作用

如上图,VDD_ENCODE_3V3的电源是来自VDD_MCU_3V3,用ENCODE_EN来控制。但需要注意前提是VCC_NCU3V3跟ENCODE_EN的高电平是同电位的。

当ENCODE_EN为高电平时,P-MOS截止,VDD_ENCODE_3V3电压为0

当ENCODE_EN为低电平时,P-MOS导通,VDD_ENCODE_3V3电压为VDD_MCU_3V3=3.3V

2、电平转换:实际电路中经常会遇到各模块之间对接的IO口电平不一致,可以用N-MOS来实现电平转换。

mos场效应管的作用

如上图,UART2_TX_3V3信号线上高电平是3.3V,而后端信号EXT_UART_5V需要5V的电平,这时可以用N-MOS来实现电平转换:

1、当UART2_TX_3V3为低电平时,N-MOS导通,此时EXT_UART_5V信号线上也是低电平

2、当UART2_TX_3V3为高电平时,N-MOS截止,此时EXT_UART_5V信号线上是上拉电阻R1109电平即5V

2.mos场效应管的基本结构

MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor,即金属氧化物合成半导体的场效应晶体管),属于绝缘栅型。特点:金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。它也分N沟道管和P沟道管。通常是将衬底(基板)与源极S接在一起。

MOS场效应管的基本结构和工作原理详解

mos场效应管的基本结构

N沟道MOS管结构示意图和符号

MOS场效应三极管分为:增强型(又有N沟道、P沟道之分)及耗尽型(分有N沟道、P沟道)。N沟道增强型MOSFET的结构示意图和符号见上图。其中:电极 D(Drain) 称为漏极,相当双极型三极管的集电极;

电极 G(Gate) 称为栅极,相当于的基极;

电极 S(Source)称为源极,相当于发射极。

3.mos场效应管的基本结构和工作原理

vGS对iD及沟道的控制作用

1、 vGS=0 的情况

增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。当栅——源电压vGS=0时,即使加上漏——源电压vDS,而且不论vDS的极性如何,总有一个PN结处于反偏状态,漏——源极间没有导电沟道,所以这时漏极电流iD≈0。

2、 vGS>0 的情况

若vGS>0,则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个电场。电场方向垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场。这个电场能排斥空穴而吸引电子。

排斥空穴:使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥,剩下不能移动的受主离子(负离子),形成耗尽层。吸引电子:将 P型衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。

导电沟道的形成:

当vGS数值较小,吸引电子的能力不强时,漏——源极之间仍无导电沟道出现,如图1(b)所示。vGS增加时,吸引到P衬底表面层的电子就增多,当vGS达到某一数值时,这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层,且与两个N+区相连通,在漏——源极间形成N型导电沟道,其导电类型与P衬底相反,故又称为反型层,如图1(c)所示。vGS越大,作用于半导体表面的电场就越强,吸引到P衬底表面的电子就越多,导电沟道越厚,沟道电阻越小。

开始形成沟道时的栅——源极电压称为开启电压,用VT表示。

上面讨论的N沟道MOS管在vGS<VT时,不能形成导电沟道,管子处于截止状态。只有当vGS≥VT时,才有沟道形成。这种必须在vGS≥VT时才能形成导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。沟道形成以后,在漏——源极间加上正向电压vDS,就有漏极电流产生。

 

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