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MOS管的工作原理及常見的封裝

1.MOS管的概述

場效應管(FET),把輸入電壓的變化轉化為輸出電流的變化。FET的增益等于它的跨導, 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。市面上常有的一般為N溝道和P溝道,詳情參考右側圖檔(P溝道耗盡型MOS管)。而P溝道常見的為低壓mos管。

MOS管的工作原理及常見的封裝

實測N溝道增強型 IRFB3607

場效應管通過投場效應管通過投影一個個電場在一個絕緣層上來影響流過半導體的電流。事實上沒有電流流過這個絕緣體,是以FET管的GATE電流非常小。最普通的FET用一薄層二氧化矽來作為GATE極下的絕緣體。這種半導體稱為金屬氧化物半導體(MOS)半導體,或,金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)。因為MOS管更小更省電,是以他們已經在很多應用場合取代了雙極型半導體。

由于MOS管的G極電流非常小,是以MOS管有時候又稱為絕緣栅場效應管。

2.MOS管的性能

MOS管具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好;制造技術簡單、輻射強,因而通常被用于放大電路或開關 電路。

3.MOS管的管腳及常見封裝識别

MOS管的工作原理及常見的封裝
MOS管的工作原理及常見的封裝
MOS管的工作原理及常見的封裝
MOS管的工作原理及常見的封裝

3.1判斷栅極G

MOS驅動器主要起波形整形和加強驅動的作用:假如MOS管的G信号波形不夠陡峭,在點評切換階段會造成大量電能損耗其副作用是降低電路轉換效率,MOS管發燒嚴峻,易熱損壞MOS管GS間存在一定電容,假如G信号驅動能力不夠,将嚴峻影響波形跳變的時間.

将G-S極短路,選擇萬用表的R×1檔,黑表筆接S極,紅表筆接D極,阻值應為幾歐至十幾歐。若發現某腳與其字兩腳的電阻均呈無限大,并且交換表筆後仍為無限大,則證明此腳為G極,由于它和另外兩個管腳是絕緣的。 

3.2判斷源極S、漏極D

将萬用表撥至R×1k檔分别丈量三個管腳之間的電阻。用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極,紅表筆接D極。因為測試前提不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。

3.3丈量漏-源通态電阻RDS(on)

在源-漏之間有一個PN結,是以根據PN結正、反向電阻存在差異,可識别S極與D極。例如用500型萬用表R×1檔實測一隻IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。

測試步驟:MOS管的檢測主要是判斷MOS管漏電、短路、斷路、放大。

其步驟如下:

假如有阻值沒被測MOS管有漏電現象。

1、把連接配接栅極和源極的電阻移開,萬用表紅黑筆不變,假如移開電阻後表針慢慢逐漸退回到高阻或無限大,則MOS管漏電,不變則完好

2、然後一根導線把MOS管的栅極和源極連接配接起來,假如指針立刻傳回無限大,則MOS完好。

3、把紅筆接到MOS的源極S上,黑筆接到MOS管的漏極上,好的表針訓示應該是無限大。

4、用一隻100KΩ-200KΩ的電阻連在栅極和漏極上,然後把紅筆接到MOS的源極S上,黑筆接到MOS管的漏極上,這時表針訓示的值一般是0,這時是下電荷通過這個電阻對MOS管的栅極充電,産生栅極電場,因為電場産生導緻導電溝道緻使漏極和源極導通,故萬用表指針偏轉,偏轉的角度大,放電性越好。

4.MOS管的導通條件

觀看下圖的N型MOS管圖(左),當栅-源電壓Vgs=0時,即使加上漏-源電壓Vds,總有一個PN結處于反偏狀态,漏-源極間沒有導電溝道(沒有電流流過),是以這時漏極電流ID=0。

若此時在栅-源極間加上正向電壓,如下圖(左)所示,即Vgs>0,則栅極和矽襯底之間的SiO2絕緣層中便産生一個栅極指向P型矽襯底的電場,由于氧化物層是絕緣的,栅極所加電壓Vgs無法形成電流,氧化物層的兩邊就形成了一個電容,Vgs等效是對這個電容充電,并形成一個電場,随着Vgs逐漸升高,受栅極正電壓的吸引,在這個電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個從漏極到源極的N型導電溝道,當Vgs大于管子的開啟電壓VT(一般約為 2V)時,N溝道管開始導通,(一般Vgs約等于10V就已經完全導通)形成漏極電流Id,我們把開始形成溝道時的栅-源極電壓稱為開啟電壓,一般用VT表示。控制栅極電壓Vgs的大小改變了電場的強弱,就可以達到控制漏極電流ID的大小的目的,這也是MOS管用電場來控制電流的一個重要特點,是以也稱之為場效應管。(下圖的紅色箭頭就是電流Id的方向,N,P方向相反,注意一下哈,有的時候會搞混!哈哈)

對于P型MOS管(圖右)原理相反,當Vgs<-2V時,就開始導通,随着電壓的增大,受栅極負電壓的吸引,在栅極的另一側就會聚集大量的正電荷,從源極到漏極就會形成P型導電通道。

總結一下:

N型MOS管,Vgs>2V就開始導通,最大電壓(一般技術文檔會給出值)>Vgs>9V 就完全導通了)

P型MOS管,Vgs<-2V就開始導通,最小電壓(一般技術文檔會給出值)<Vgs<-9V 就完全導通了)

注:裡面的Vgs小于負值,說白了就是Vsg大于正值,由于便于統一,就規定栅源電壓Vgs了。

MOS管的工作原理及常見的封裝

摘自:百度圖檔(MOS管結構圖解)

MOS管的工作原理及常見的封裝

摘自:百度圖檔(MOS管導通圖解)

加強了解MOS管

更深一步理了解MOS管,整理了一下别人寫的文章,感覺寫的不錯,拿來分享一下!

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

首先看一下MOS管的内部構造圖及導通下的内部結構的狀态(下圖很形象P型,N型上圖有寫,PS:下圖隻有一個,我也不會畫,将就一點吧!哈哈哈)

MOS管的工作原理及常見的封裝

和上圖(MOS管導通圖解一樣)

上文有寫,當MOS導通時,栅極氧化物兩邊會形成電容,氧化物應該像一個極闆。這在高頻下會阻礙MO管的導通響應時間,因為MOS管時電壓導通源漏極,而電容是容性原件,會減緩電壓的突變,當頻率很高時,MOS管就會出現異常,不過我是遇不到,哈哈!

Question?

如何區分MOS管的源極和漏極?

    MOS管結構示意圖中,我們可以看出左右是對稱的,難免會有人問怎麼區分源極和漏極呢?其實原理上,源極和漏極确實是對稱的,是不區分的。但在實際應用中,廠家一般在源極和漏極之間連接配接一個二極管,起保護作用,正是這個二極管決定了源極和漏極,這樣,封裝也就固定了,便于實用。

什麼是增強型MOS管?

    增強型是通過“加厚”導電溝道的厚度來導通,由上圖可以看出,栅極電壓越低,則p型源、漏極的正離子就越靠近中間,n襯底的負離子就越遠離栅極,栅極電壓達到一個值,叫閥值或坎壓時,由p型遊離出來的正離子連在一起,形成通道,就是圖示效果。是以,容易了解,栅極電壓必須低到一定程度才能導通,電壓越低,通道越厚,導通電阻越小。由于電場的強度與距離平方成正比,是以,電場強到一定程度之後,電壓下降引起的溝道加厚就不明顯了,也是因為n型負離子的“退讓”是越來越難的。耗盡型的是事先做出一個導通層,用栅極來加厚或者減薄來控制源漏的導通。但這種管子一般不生産,在市面基本見不到。是以,大家平時說mos管,就預設是增強型的。

MOS管的金屬氧化物是什麼?

    MOS管結構示意圖中标出的金屬氧化物膜位于上邊部位,這個膜是絕緣的,用來電氣隔離,使得栅極隻能形成電場,不能通過直流電,是以是用電壓控制的。在直流電氣上,栅極和源漏極是斷路。不難了解,這個膜越薄:電場作用越好、坎壓越小、相同栅極電壓時導通能力越強。壞處是:越容易擊穿、工藝制作難度越大而價格越貴。

MOS管的寄生電容是什麼?

    MOS管結構示意圖中的栅極通過金屬氧化物與襯底形成一個電容,越是高品質的mos,膜越薄,寄生電容越大,經常mos管的寄生電容達到nF級。這個參數是mos管選擇時至關重要的參數之一,必須考慮清楚。MOS管用于控制大電流通斷,經常被要求數十K乃至數M的開關頻率,在這種用途中,栅極信号具有交流特征,頻率越高,交流成分越大,寄生電容就能通過交流電流的形式通過電流,形成栅極電流。消耗的電能、産生的熱量不可忽視,甚至成為主要問題。為了追求高速,需要強大的栅極驅動,也是這個道理。試想,弱驅動信号瞬間變為高電平,但是為了“灌滿”寄生電容需要時間,就會産生上升沿變緩,對開關頻率形成重大威脅直至不能工作。

MOS管如何工作在放大區?

    MOS管也能工作在放大區,而且很常見。做鏡像電流源、運放、回報控制等,都是利用MOS管工作在放大區,由于mos管的特性,當溝道處于似通非通時,栅極電壓直接影響溝道的導電能力,呈現一定的線性關系。由于栅極與源漏隔離,是以其輸入阻抗可視為無窮大,當然,随頻率增加阻抗就越來越小,一定頻率時,就變得不可忽視。這個高阻抗特點被廣泛用于運放,運放分析的虛連、虛斷兩個重要原則就是基于這個特點。這是三極管不可比拟的

MOS管發熱原因是什麼?

MOS管發熱,主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟關閉時,顯現交流特性而具有阻抗,形成電流。有電流就有發熱,并非電場型的就沒有電流。另一個原因是當栅極電壓爬升緩慢時,導通狀态要“路過”一個由關閉到導通的臨界點,這時,導通電阻很大,發熱比較厲害。第三個原因是導通後,溝道有電阻,過主電流,形成發熱。主要考慮的發熱是第1和第3點。許多mos管具有結溫過高保護,所謂結溫就是金屬氧化膜下面的溝道區域溫度,一般是150攝氏度。超過此溫度,MOS管不可能導通。溫度下降就恢複。要注意這種保護狀态的後果。

MOS管理論圖與實物有什麼差別?

    MOS管結構示意圖僅僅是原理性的,實際的元件增加了源-漏之間跨接的保護二極管,進而區分了源極和漏極。實際的元件,p型的,襯底是接正電源的,使得栅極預先成為相對負電壓,是以p型的管子,栅極不用加負電壓了,接地就能保證導通。相當于預先形成了不能導通的溝道,嚴格講應該是耗盡型了。好處是明顯的,應用時抛開了負電壓。

MOS管的應用包含哪些?

P型MOS管應用

    一般用于管理電源的通斷,屬于無觸點開關,栅極低電平就完全導通,高電平就完全截止。而且,栅極可以加高過電源的電壓,意味着可以用5v信号管理3v電源的開關,這個原理也用于電平轉換。

N型MOS管應用

    一般用于管理某電路是否接地,屬于無觸點開關,栅極高電平就導通導緻接地,低電平截止。當然栅極也可以用負電壓截止,但這個好處沒什麼意義。其高電平可以高過被控制部分的電源,因為栅極是隔離的。是以可以用5v信号控制3v系統的某處是否接地,這個原理也用于電平轉換。

MOS管放大區應用

    工作于放大區,一般用來設計回報電路,需要的專業知識比較多,類似運放,這裡無法細說。常用做鏡像電流源、電流回報、電壓回報等。至于運放的內建應用,我們其實不用關注。人家都做好了,看好datasheet就可以了,不用按MOS管方式去考慮導通電阻和寄生電容。

MOS管基本應用在哪些産品?

 現在的高清、液晶、等離子電視機中開關電源部分除了采用了PFC技術外,在元器件上的開關管均采用性能優異的MOS管取代過去的大功率晶體三極管,使整機的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。由于MOS管和大功率晶體三極管在結構、特性有着本質上的差別,在應用上;驅動電路也比晶體三極管複雜,緻使維修人員對電路、故障的分析倍感困難,此文即針對這一問題,把MOS管及其應用電路作簡單介紹,以滿足維修人員需求!

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