电子元器件篇---MOS管

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目录

简介

MOS管基本参数

2.1、开启电压VT

2.2、直流输入电阻RGS

2.3、漏源击穿电压BVDS

2.4、栅源击穿电压BVGS

2.5、低频跨导gm

2.6、导通电阻RON

2.7、极间电容

2.8、低频噪声系数NF

2.9、常见封装形式

MOS管种类

3.1、结型场效应管(JFET)

3.2、绝缘栅场效应管

MOS管用途

4.1开关电路

4.2共源极放大电路

4.3共漏极放大电路

4.4共栅极放大电路

4.5电平转换或者隔离电路

4.6、防反接电路

4.7、缓启动电路

4.8、逻辑转换电路


  • 简介

MOS管是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属绝缘体(insulator)—半导体。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。场效应晶体管能把输入电压的变化转化为输出电流的变化,场效应晶体管的增益等于它的transconductance 指输出电流的变化和输入电压变化之比,通常实际使用的场效应晶体管通俗被称为MOS管。

  • MOS管基本参数

2.1、开启电压VT

开启电压指使得源极和漏极之间形成导电沟道所需要的栅极电压,又称阈值电压,一般MOS管的开启电压是3V到5V之间,源极和漏极之间的导通电阻会随着门极电压的升高而减小。

2.2、直流输入电阻RGS

直流输入电阻RGS指在栅极和源极之间加的电压与流过栅极的电流之比,有时用流过栅极的栅流来表示这一特性,MOS管的直流输入电阻很容易超过1010Ω

2.3、漏源击穿电压BVDS

在未加栅极电压时,持续增加漏源两极间的电压,使得漏源间击穿时的电压称为漏源击穿电压BVDS,由于不断增加漏源两极间的电压值,会使漏极的耗尽层增大直至扩展到源区,造成漏源间导通,此时源区中的多数载流子,将直接受耗尽层电场的吸引,到达漏区,产生大的ID。

2.4、栅源击穿电压BVGS

栅源击穿电压指使栅氧化层发生击穿时的VGS,BVGS大致正比于删氧化层的厚度,但实际上优惠氧化层的缺陷与不均匀,应至少加50%的安全系数。

2.5、低频跨导gm

低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用,这一点与电子管的控制作用相似。在VDS为某一固定数值的条件下 ,漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导,是小信号建模的重要参数。

2.6、导通电阻RON

导通电阻指在MOS管正常工作时,漏极和源极之间的阻值,该值越小表示MOS管工作时的损耗越小。一般来讲栅极源极间电压越高,导通电阻越小。另外,栅极源极间电压相同的条件下,导通电阻因电流不同而不同。计算功率损耗时,需要考虑栅极源极间电压和漏极电流,选择适合的导通电阻。另外导通电阻也会因温度进行变化。

2.7、极间电容

极间电容是指MOS管的栅极、源极、漏极任两者之间实际存在的等效电容,分别为栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS,从电路上看不到这个电容,是极间实际存在的电容效应的抽象。其大小主要决定于电极的尺寸和电极间的距离,此外与电极引线的长短、间距及所阁介质有关。CGSCGD约为13pFCDS约在0.11pF之间

2.8、低频噪声系数NF

单位为分贝(dB),噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的,由于它的存在,可使放大器即便在没有信号输人时,输出端也会出现不规则的电压或电流变化。噪声系数NF数值越小,代表管子所产生的噪声越小,场效应管的噪声系数约为几个分贝,比双极性三极管的要小。

2.9、常见封装形式

下图列出一些MOS管的常见封装及对应管脚。

电子元器件篇---MOS管

  • MOS管种类

场效应管分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)两大类。

3.1、结型场效应管(JFET)

结型场效应管的分类:结型场效应管有两种结构形式,它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管。结型场效应管也具有三个电极,它们是:栅极;漏极;源极。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。

3.2、绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管(MOS管)的分类:绝缘栅场效应管也有两种结构形式,它们是N沟道型和P沟道型。无论是什么沟道,它们又分为增强型和耗尽型两种。

电子元器件篇---MOS管

  • MOS管用途

4.1开关电路

下图是两种MOS管用作开关作用来控制LED亮灭的电路,对于N沟道增强型的MOS管当控制信号为高电平时MOS管导通,低电平时MOS管断开;对于P沟道增强型的MOS管当控制信号为低电平时MOS管导通,高电平时MOS管断开。

电子元器件篇---MOS管

4.2共源极放大电路

输入信号是从MOS管的栅极和源极两端输入,输出信号是从MOS管的漏极和源极获得,他们公共端是源极,所以称为共源极放大电路。共源放大电路特点:电压增益高,反向放大,输入阻抗大。下图为一个典型的共源极放大电路。

电子元器件篇---MOS管

4.3共漏极放大电路

在共漏极放大电路中,漏极是输入回路和输出回路的公共端。 输入回路为栅极到漏极的回路,输出回路为源极到漏极的回路,他们公共端是漏极,所以称为共漏极放大电路。共漏放大电路特点:电压为1,同向放大,输入阻抗大,输出阻抗低,一般做阻抗变换用。下图为一个典型的共漏极放大电路。

电子元器件篇---MOS管

4.4共栅极放大电路

输入信号是从MOS管的栅极和漏极两端输入,输出信号是从MOS管的源极和栅极获得,他们公共端是栅极,所以称为共栅极放大电路。共栅放大电路特点:电压增益高,同向放大,输入阻抗小。下图为一个典型的共栅极放大电路。

电子元器件篇---MOS管

4.5电平转换或者隔离电路

电路设计时,不同的子系统之间无可避免的需要数字信号传递,不同的系统之间或者设备之间,数字接口电平经常不一致,故需要用到电平转换电路;下图为使用MOS管搭建起来的电平转换电路。

电子元器件篇---MOS管

4.6、防反接电路

在电源接口设计时,有很多场合需要考虑反接的问题,没有相应的电路设计的话很容易将电路烧坏,造成损失;MOS管防反接,好处就是压降小,能规避普通二极管压降大的弊端;PMOS管常用在正极,NMOS管常用在负极;下图只是示意结构,G极具体需要接上阻容器件,同时可以起到缓启动作用;

电子元器件篇---MOS管

4.7、缓启动电路

对于有些控制电机的电路或开关电路中负载容性较大的电路等,有时需要加缓启动电路,下图为一个典型的缓启动电路。

电子元器件篇---MOS管

4.8、逻辑转换电路

MOS管逻辑转换电路,它的输出端的状态总是与输入端的状态相反。如下图所示,对于N沟道增强型的MOS管当输入信号为高电平时MOS管导通输出信号接到地为低电平,低电平时MOS管断开输出信号接到VCC为高电平;对于P沟道增强型的MOS管当输入信号为低电平时MOS管导通输出信号接到VCC为高电平,高电平时MOS管断开输出信号接到地为低电平。

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