MOS管的工作原理及常见的封装

1.MOS管的概述
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。

实测N沟道增强型 IRFB3607

场效应管通过投场效应管通过投影一个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。由于MOS管的G极电流非常小，因此MOS管有时候又称为绝缘栅场效应管。

2.MOS管的性能
MOS管具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好；制造工艺简单、辐射强，因而通常被用于放大电路或开关电路。

3.MOS管的管脚及常见封装识别

3.1判断栅极G
MOS驱动器主要起波形整形和加强驱动的作用:假如MOS管的G信号波形不够陡峭，在点评切换阶段会造成大量电能损耗其副作用是降低电路转换效率，MOS管发烧严峻，易热损坏MOS管GS间存在一定电容，假如G信号驱动能力不够，将严峻影响波形跳变的时间.

将G-S极短路，选择万用表的R×1档，黑表笔接S极，红表笔接D极，阻值应为几欧至十几欧。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无限大，并且交换表笔后仍为无限大，则证实此脚为G极，由于它和另外两个管脚是绝缘的。

3.2判断源极S、漏极D
将万用表拨至R×1k档分别丈量三个管脚之间的电阻。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻，此时黑表笔的是S极，红表笔接D极。因为测试前提不同，测出的RDS（on）值比手册中给出的典型值要高一些。

3.3丈量漏-源通态电阻RDS（on）
在源-漏之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻存在差异，可识别S极与D极。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W,大于0.58W（典型值）。

测试步骤：MOS管的检测主要是判断MOS管漏电、短路、断路、放大。

其步骤如下：

假如有阻值没被测MOS管有漏电现象。

1、把连接栅极和源极的电阻移开，万用表红黑笔不变，假如移开电阻后表针慢慢逐步退回到高阻或无限大，则MOS管漏电，不变则完好

2、然后一根导线把MOS管的栅极和源极连接起来，假如指针立刻返回无限大，则MOS完好。

3、把红笔接到MOS的源极S上，黑笔接到MOS管的漏极上，好的表针指示应该是无限大。

4、用一只100KΩ－200KΩ的电阻连在栅极和漏极上，然后把红笔接到MOS的源极S上，黑笔接到MOS管的漏极上，这时表针指示的值一般是0，这时是下电荷通过这个电阻对MOS管的栅极充电，产生栅极电场，因为电场产生导致导电沟道致使漏极和源极导通，故万用表指针偏转，偏转的角度大，放电性越好。

4.MOS管的导通条件
观看下图的N型MOS管图（左），当栅-源电压Vgs=0时，即使加上漏-源电压Vds，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道（没有电流流过），所以这时漏极电流ID=0。

若此时在栅-源极间加上正向电压，如下图（左）所示，即Vgs＞0，则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个栅极指向P型硅衬底的电场，由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压Vgs无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容，Vgs等效是对这个电容充电，并形成一个电场，随着Vgs逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的N型导电沟道，当Vgs大于管子的开启电压VT（一般约为 2V）时，N沟道管开始导通，（一般Vgs约等于10V就已经完全导通）形成漏极电流Id，我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，一般用VT表示。控制栅极电压Vgs的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流ID的大小的目的，这也是MOS管用电场来控制电流的一个重要特点，所以也称之为场效应管。（下图的红色箭头就是电流Id的方向，N，P方向相反，注意一下哈，有的时候会搞混！哈哈）

对于P型MOS管（图右）原理相反，当Vgs<-2V时，就开始导通，随着电压的增大，受栅极负电压的吸引，在栅极的另一侧就会聚集大量的正电荷，从源极到漏极就会形成P型导电通道。

总结一下：

N型MOS管，Vgs>2V就开始导通，最大电压（一般技术文档会给出值）>Vgs>9V 就完全导通了）
P型MOS管，Vgs<-2V就开始导通，最小电压（一般技术文档会给出值）<Vgs<-9V 就完全导通了）
注：里面的Vgs小于负值，说白了就是Vsg大于正值，由于便于统一，就规定栅源电压Vgs了。

摘自：百度图片（MOS管结构图解）

摘自：百度图片（MOS管导通图解）

加强理解MOS管

更深一步理理解MOS管，整理了一下别人写的文章，感觉写的不错，拿来分享一下！

链接：http://www.heketai.com/mosfetzs/94.html

首先看一下MOS管的内部构造图及导通下的内部结构的状态（下图很形象P型，N型上图有写，PS:下图只有一个，我也不会画，将就一点吧！哈哈哈）

和上图（MOS管导通图解一样）

上文有写，当MOS导通时，栅极氧化物两边会形成电容，氧化物应该像一个极板。这在高频下会阻碍MO管的导通响应时间，因为MOS管时电压导通源漏极，而电容是容性原件，会减缓电压的突变，当频率很高时，MOS管就会出现异常，不过我是遇不到，哈哈！

Question？
如何区分MOS管的源极和漏极？
    MOS管结构示意图中，我们可以看出左右是对称的，难免会有人问怎么区分源极和漏极呢？其实原理上，源极和漏极确实是对称的，是不区分的。但在实际应用中，厂家一般在源极和漏极之间连接一个二极管，起保护作用，正是这个二极管决定了源极和漏极，这样，封装也就固定了，便于实用。

什么是增强型MOS管？
    增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通，由上图可以看出，栅极电压越低，则p型源、漏极的正离子就越靠近中间，n衬底的负离子就越远离栅极，栅极电压达到一个值，叫阀值或坎压时，由p型游离出来的正离子连在一起，形成通道，就是图示效果。因此，容易理解，栅极电压必须低到一定程度才能导通，电压越低，通道越厚，导通电阻越小。由于电场的强度与距离平方成正比，因此，电场强到一定程度之后，电压下降引起的沟道加厚就不明显了，也是因为n型负离子的“退让”是越来越难的。耗尽型的是事先做出一个导通层，用栅极来加厚或者减薄来控制源漏的导通。但这种管子一般不生产，在市面基本见不到。所以，大家平时说mos管，就默认是增强型的。

MOS管的金属氧化物是什么？
    MOS管结构示意图中标出的金属氧化物膜位于上边部位，这个膜是绝缘的，用来电气隔离，使得栅极只能形成电场，不能通过直流电，因此是用电压控制的。在直流电气上，栅极和源漏极是断路。不难理解，这个膜越薄：电场作用越好、坎压越小、相同栅极电压时导通能力越强。坏处是：越容易击穿、工艺制作难度越大而价格越贵。

MOS管的寄生电容是什么？
    MOS管结构示意图中的栅极通过金属氧化物与衬底形成一个电容，越是高品质的mos，膜越薄，寄生电容越大，经常mos管的寄生电容达到nF级。这个参数是mos管选择时至关重要的参数之一，必须考虑清楚。MOS管用于控制大电流通断，经常被要求数十K乃至数M的开关频率，在这种用途中，栅极信号具有交流特征，频率越高，交流成分越大，寄生电容就能通过交流电流的形式通过电流，形成栅极电流。消耗的电能、产生的热量不可忽视，甚至成为主要问题。为了追求高速，需要强大的栅极驱动，也是这个道理。试想，弱驱动信号瞬间变为高电平，但是为了“灌满”寄生电容需要时间，就会产生上升沿变缓，对开关频率形成重大威胁直至不能工作。

MOS管如何工作在放大区？
    MOS管也能工作在放大区，而且很常见。做镜像电流源、运放、反馈控制等，都是利用MOS管工作在放大区，由于mos管的特性，当沟道处于似通非通时，栅极电压直接影响沟道的导电能力，呈现一定的线性关系。由于栅极与源漏隔离，因此其输入阻抗可视为无穷大，当然，随频率增加阻抗就越来越小，一定频率时，就变得不可忽视。这个高阻抗特点被广泛用于运放，运放分析的虚连、虚断两个重要原则就是基于这个特点。这是三极管不可比拟的

MOS管发热原因是什么？

MOS管发热，主要原因之一是寄生电容在频繁开启关闭时，显现交流特性而具有阻抗，形成电流。有电流就有发热，并非电场型的就没有电流。另一个原因是当栅极电压爬升缓慢时，导通状态要“路过”一个由关闭到导通的临界点，这时，导通电阻很大，发热比较厉害。第三个原因是导通后，沟道有电阻，过主电流，形成发热。主要考虑的发热是第1和第3点。许多mos管具有结温过高保护，所谓结温就是金属氧化膜下面的沟道区域温度，一般是150摄氏度。超过此温度，MOS管不可能导通。温度下降就恢复。要注意这种保护状态的后果。

MOS管理论图与实物有什么区别？
MOS管结构示意图仅仅是原理性的，实际的元件增加了源-漏之间跨接的保护二极管，从而区分了源极和漏极。实际的元件，p型的，衬底是接正电源的，使得栅极预先成为相对负电压，因此p型的管子，栅极不用加负电压了，接地就能保证导通。相当于预先形成了不能导通的沟道，严格讲应该是耗尽型了。好处是明显的，应用时抛开了负电压。
MOS管的应用包含哪些？

P型MOS管应用
一般用于管理电源的通断，属于无触点开关，栅极低电平就完全导通，高电平就完全截止。而且，栅极可以加高过电源的电压，意味着可以用5v信号管理3v电源的开关，这个原理也用于电平转换。

N型MOS管应用
一般用于管理某电路是否接地，属于无触点开关，栅极高电平就导通导致接地，低电平截止。当然栅极也可以用负电压截止，但这个好处没什么意义。其高电平可以高过被控制部分的电源，因为栅极是隔离的。因此可以用5v信号控制3v系统的某处是否接地，这个原理也用于电平转换。

MOS管放大区应用
工作于放大区，一般用来设计反馈电路，需要的专业知识比较多，类似运放，这里无法细说。常用做镜像电流源、电流反馈、电压反馈等。至于运放的集成应用，我们其实不用关注。人家都做好了，看好datasheet就可以了，不用按MOS管方式去考虑导通电阻和寄生电容。

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