0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

简单介绍MOSFET的原理

零是起源 来源:零是起源 作者:零是起源 2022-04-11 19:19 次阅读

MOSFET 简介

MOSFET就是以金属层(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,其特点是用栅极电压来控制漏极电流

以N沟道增强型NMOSFET为例,用一块P型硅半导体材料作衬底,在其面上扩散了两个N型区,再在上面覆盖一层二氧化硅(SiO2)绝缘层,最后在N区上方用腐蚀的方法做成两个孔,用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极:G(栅极)、S(源极)及D(漏极)

poYBAGJUDOeAKweEAAEfjdjf4qc640.png

MOSFET 种类

按照制作工艺可以区分为为增强型、耗尽型、P沟道、N沟道共4种类型,在实际应用中,以增强型的NMOS和增强型的PMOS为主。

怎么区分是N沟道还是P沟道:中间的箭头指向内部的是N沟道,反之,则是P沟道

怎么区分是增强型还是耗尽型:中间是虚线的是增强型,是实线的是耗尽型

poYBAGJUDQWACHmAAAGa3mY27WA754.png

MOSFET 基本工作原理

通过改变栅源电压VGS来控制沟道的导电能力,从而控制漏极电流ID。因此它是一个电压控制型器件。转移特性反映了栅源电压对漏极电流的控制能力 。

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,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。

pYYBAGJUDTqANESzAAFom3DnqhI067.png

增强型和耗尽型

耗尽型MOS管在G端(Gate)不加电压时有导电沟道存在,而增强型MOS管只有在开启后,才会出现导电沟道;两者的控制方式也不一样,耗尽型MOS管的VGS(栅极电压)可以用正、零、负电压控制导通,而增强型MOS管必须达到VGS(th)(栅极阈值电压)才能导通

(1)增强型:栅极与衬底间不加电压时,栅极下面没有沟道存在,也就是说,对于NMOS,阈值电压大于0;PMOS,小于0。

(2)耗尽型:栅极与衬底间不加电压时,栅极下面已有沟道存在,也就是说,对于NMOS,阈值电压小于0;PMOS,大于0。

poYBAGJUDVeAA91KAADvT6p4jPE033.png

N MOS增强型

(1)当VGS=0时管子是呈截止状态;

(2)若0<VGS<VGS(th)时,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;

(3)当VGS>VGS(th)时( VGS(th)称为开启电压),可以形成导电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。随着VGS的继续增加,ID将不断增加。

poYBAGJUDXeAcsp9AAExPzFG3To571.png

N MOS耗尽型

(1)当VGS=0时,导电沟道已经存在,管子是呈导通状态,只要有漏源电压,就有漏极电流存在;

(2)若VGS > 0 时,将使ID进一步增加;

(3)当VGS < VGS(off )时( VGS(off )称为夹断电压),当VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。

pYYBAGJUDZWAX8-nAARpAdiHJ5w382.png

N MOS工作状态

(1)当 VGS < VGS(th) 时,截止区;

(2)若VGS > VGS(th) 时, VDS < VGS- VGS(th), 变阻区;

(3)若VGS > VGS(th) 时, VDS > VGS- VGS(th),饱和区(恒流区)。

当MOS管 工作在变阻区内时,其沟道是“畅通”的,相当于一个导体。在 VDS < VGS- VGS(th)时近似满足V-I的线性关系,即有一个近似固定的阻值。此阻值受 VGS控制,故称变阻区域。

MOS管 工作在饱和区(恒流区)与 BJT 的饱和区不同,称 MOS管此区为饱和区,主要表示 VDS 增加 ID 却几乎不再增加——也即电流饱和。其实在此饱和区内,MOS管 和 BJT 都处于受控恒流状态,故也称其为恒流区。

MOS管的寄生电容

Mos管的漏、源、栅极间都有寄生电容,分别为Cds、Cgd、Cgs。

Cds=Coss (输出电容);

Cgd+Cgs=Ciss (输入电容);

pYYBAGJUDbyAL7hHAAAncHa3usc890.png

MOS 管的开关过程

下面以MOS管开关过程中栅极电荷特性图进行讲解,

VTH:开启阀值电压; VGP:米勒平台电压;

VCC:驱动电路电源电压; VDD:MOSFET关断时D和S极间施加的电压

pYYBAGJUDd2Ab-FxAAIx6KcOYD8542.png

MOS 管的开关过程

t1阶段:当驱动开通脉冲加到MOSFET的G极和S极时,输入电容Ciss充电直到FET开启为止,开启时有Vgs=Vth,栅极电压达到Vth前,MOSFET一直处于关断状态,只有很小的电流流过MOSFET,Vds的电压Vdd保持不变。

t2阶段:当Vgs到达Vth时,漏极开始流过电流ID,然后Vgs继续上升,ID也逐渐上升,Vds保持Vdd不变,当Vds到达米勒平台电压Vgp时, ID也上升到负载电流最大值ID,Vds的电压开始从Vdd下降。

t3阶段:米勒平台期间,ID继续维持ID不变,Vds电压不断的降低,米勒平台结束时刻,iD电流仍维持ID,Vds电压降到—个较低的值。米勒平台的高度受负载电流的影响,负载电流越大,则ID到达此电流的时间就越长,从而导致更高的Vgp。

t4阶段:米勒平台结束后, iD电流仍维持ID,Vds电压继续降低,但此时降低的斜率很小,因此降低的幅度也很小,最后稳定在Vds=Id×Rds(on) , 因此通常可以认为米勒平台结束后MOSFET基本上已经导通。所以为了减少开通损耗,一般要尽可能减少米勒平台的时间。

t1和t2阶段,因为Cgs>>Cgd ,所以驱动电流主要是为Cgs充电(QGS)。t3阶段,因为Vds从Vdd开始下降,Cgd放电,米勒电流igd分流了绝大部分的驱动电流(QGD),使得MOSFET的栅极电压基本维持不变。t4阶段,驱动电流主要是为Cgs充电(Qs)。

确认MOSFET类型

(1)常用的MOS管G D S三个引脚是固定的,不管是N沟道还是P沟道都一样,如下图所示,把芯片放正,从左到右分别为G极、D极、S极。(具体以FET SPEC为准)

(2)借助FET的寄生二极管来辨别管子是N沟道还是P沟道。将万用表档位拨至二极管档,红表笔接S,黑表笔接D,有数值显示,反过来接无数值,说明是N沟道,若情况相反是P沟道。

poYBAGJUDhaAI_saAAENoBmKLkc754.png

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • MOSFET
    +关注

    关注

    139

    文章

    6388

    浏览量

    209724
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    功率Mosfet参数介绍

    `功率Mosfet参数介绍V(BR)DSS(有时候叫做BVDSS)是指在特定的温度和栅源短接情况下,流过漏极电流达到一个特定值时的漏源电压。这种情况下的漏源电压为雪崩击穿电压。V(BR)DSS是正
    发表于 01-12 16:12

    简单易懂的MOSFET基础资料

    不多说直接上传:关于MOSFET的基础资料,MOSFET之前在学校很少了解,到了工作的时候才发现应用很多,此处是基础资料,简单明了
    发表于 05-14 12:35

    求助,一个简单Mosfet控制relay的问题

    本帖最后由 dcfj2004 于 2017-6-10 18:35 编辑 想法很简单,用一个IO口连着一个Mosfet作为开关去控制一个12V的relay,如图所示。但是奇怪的是,2n7000
    发表于 06-10 18:09

    SiC-MOSFET与Si-MOSFET的区别

    从本文开始,将逐一进行SiC-MOSFET与其他功率晶体管的比较。本文将介绍与Si-MOSFET的区别。尚未使用过SiC-MOSFET的人,与其详细研究每个参数,不如先弄清楚驱动方法等
    发表于 11-30 11:34

    如何选型—功率 MOSFET 的选型?

    。由于相应理论技术文章有很多介绍 MOSFET 参数和性能的,这里不作赘述,只对实际选型用图解和简单公式作简单通俗的讲解。另外,这里的功率 MOSF
    发表于 11-17 08:00

    场效应管MOSFET介绍及应用电路

    MOSFET只需要栅极引脚上的电压来允许电流在漏极和源极引脚之间流动。场效应管MOSFET在实际设计中具有非常高的栅极阻抗,这就决定了MOSFET的一个特点,非常擅长降低电路的运行所需要的功率。先来
    发表于 09-06 08:00

    P沟道MOSFET的基本概念及主要类型

    陷的MOSFET。故障模式即使有良好的设计、最好的组件和新的电机,MOSFET故障也会经常发生,原因多种多样。通常情况下,MOSFET非常坚固——但是,由于超出额定值,它们可能会很快失效。这里将
    发表于 09-27 08:00

    功率Mosfet参数介绍

    功率Mosfet参数介绍  第一部分 最大额定参数最大额定参数,所有数值取得条件(Ta=25℃)
    发表于 11-21 11:39 8575次阅读

    茂钿半导体新一代MOSFET介绍

    茂钿半导体新一代MOSFET介绍 茂钿半导体新一代MOSFET应用于直接式和边缘式 LED背光驱动模块,已被多家大型LED TV背光模块企业采用,推出这些瞄准 LED 背光电视市场的新产
    发表于 04-09 09:18 1264次阅读

    LEADTECK领泰移动电源中MOSFET产品介绍

    LEADTECK领泰移动电源中MOSFET产品介绍
    发表于 10-28 11:42 3次下载

    简单介绍TOREX功率MOSFET

    功率MOSFET是专门针对解决高功率电流和电压的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),同样是功率半导体中的一种。与其它功率半导体相比较,功率MOSFET具备电源开关速度快、低压效率高的优势
    的头像 发表于 08-16 14:30 799次阅读

    MOSFET门级电路的深入介绍

    MOSFET门级电路的深入介绍
    发表于 10-24 15:01 0次下载

    带NE555的简单Mosfet逆变器

    电子发烧友网站提供《带NE555的简单Mosfet逆变器.zip》资料免费下载
    发表于 06-08 10:37 0次下载
    带NE555的<b class='flag-5'>简单</b><b class='flag-5'>Mosfet</b>逆变器

    简单MOSFET测试仪和分选器电路分享

    这款简单MOSFET测试仪可以快速测试增强型N型和P沟道MOSFET。它检查栅极、漏极和源极之间的短路。
    的头像 发表于 07-27 10:12 612次阅读
    <b class='flag-5'>简单</b>的<b class='flag-5'>MOSFET</b>测试仪和分选器电路分享

    Trench工艺和平面工艺MOSFET的区别在哪呢?

    上海雷卯电子有Trench工艺和平面工艺MOSFET,为什么有时候推荐平面工艺MOSFET呢,有时候推荐用Trench工艺MOSFET, 上海雷卯EMC小哥简单
    的头像 发表于 09-27 09:27 947次阅读
    Trench工艺和平面工艺<b class='flag-5'>MOSFET</b>的区别在哪呢?