三级管和MOS管在模拟数字电路中举足轻重的地位。

特别是在现如今的大规模集成电路中,毫不夸张的说,你扒开任何一款芯片里边都是三极管和MOS管。

三级管和MOS管都是非线性元件。在学习他们时很多时候需要等效电路来理解。

三极管分为NPN型和PNP型,符号一般如下图所示

单单看上图你能区分这是哪种类型的三极管么?

三极管分为三个级,基级(B)杂质参杂浓度低且很薄,发射级(e)参杂浓度很高,集电极(c)面积很大,三个级形成两个PN结,分别为发射结和集电结。

三极管便可以粗略的理解为两个PN结组成的。PN结的正向导通电流方向有P区指向N区

在符号中我们可以很清楚的把基级找出来,那就是一根横线的这一级为基级。

再看箭头,箭头所代表的呢是发射结中P区指向N区的方向。

左图箭头由发射级指向基级,故发射级为P区,基级为N区。左图即为PNP型

右图箭头由基级指向发射级,故基级为N区,发射级为P区,右图为NPN型

总结:三级管的符号箭头方向代表的是发射结中PN结的正向导通电流方向。

只要记住这个方法,我相信你估计这辈子都忘不掉如何区分三极管的类型。

类似的MOS管会不会也是同样的道理呢?我们一起来看下吧

MOS有N型MOS管和P型MOS管,再细分又有,N型增强型MOS管,N型耗尽型MOS管,P型增强型MOS管和P型耗尽型MOS管这四种。

MOS管也叫场效应管,他的工作原理呢与三极管稍有差异。咱们可以看N沟道增强型的结构示意图。

我们可以很清晰的看到同样的MOS管有三个级,栅极(G)金属铝作为引出电极

高浓度参杂的N+区作为源级(S)和漏极(D),这两个级同样的是以金属铝引出作为电极

还有一个低浓度的P型衬底也是一个级,那么为什么你拿到MOS管时只看到看个引脚,没有看到过P衬底的引脚呢?这是因为MOS管在封装时内部已经把P衬底与源级接在一起了。所以只需要源级引出引脚即可,这也意味着源极和漏极不能调换。

我们注意到还有一层SiO2绝缘层的存在,这有什么作用呢?绝缘层顾名思义就是隔绝栅极和衬底,使之不能形成电流通路,这也是为什么说MOS管是电压驱动型元器件的原因,也是他的功耗要比三极管的要低的原因。

那么如何让这个MOS管工作呢?我们可以试着在栅极和源极间加一个电压,由于SiO2的存在,可以理解为在一个电容器上施加电压,形成电场,场中的电子会向上跑,随着电压的升高,慢慢的在两个N+区中就会形成一条沟道,D级和源极也就形成了电流通路,如果在这两个级加电压,便可以正常有电流通过。这就是增强型MOS管的工作原理。

那么什么是耗尽型呢?耗尽型顾名思义就是沟道原本就存在,他的实现原理就是往SiO2里加正离子,这样就可以在不用施加外加电压的作用下,其电场也能建立,也就能形成电流的沟道啦。

那么如何能控制这个沟道的宽度大小呢?这可以把加上栅极和源极的电压转个方向,也就是栅极接电源负极,源极接正极,形成一个相反方向的电场大小来抵抗电子的移动。

如何从符号上区分这些MOS管的类型呢?

从上图我们可以看到增强型和耗尽型的区别在于中间的D级到源级的连接是虚线还是实线,虚线代表沟道未建立,仍需努力,需要增加电场一点点增强为增强型。

实线代表已经建立,此时最盛,需要反向的电场慢慢削减耗尽为耗尽型。

我们还看到N型的衬底指向G级的箭头是指向G级的。而P型的箭头指向是指向衬底的。

怎么理解这个呢?

上文我们讲到N沟道的建立原理,用的是P衬底,在反型层建立后与衬底接触的那一块会形成PN结,故而是从衬底指向沟道,

而P型MOS用的是N衬底,两个高浓度的P+做源极和漏极。在P沟道建立后,PN结方向自然是从P区指向N衬底。

清晰了箭头指向的含义后,我相信大家再也不会忘记MOS符号怎么画或者如何从一个未标记三个级的标记也能分辨是什么类型的MOS管了。

结论:MOS的漏极连接到源极的虚实线可分辨增强型或者耗尽型。

箭头方向代表沟道建立时沟道是N型还是P型,指向基级代表P衬底指向N沟道为NMOS,而指向衬底则代表P沟道指向N衬底为PMOS。

 

额外补充是:场效应管还有一种是通过晶体管的方式实现的,叫结型场效应晶体管。其符号如下图所示:

有兴趣的小伙伴可以自行查阅其实现原理啦!

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