什么是MOS管MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)即金屬氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型因此，MOS管有时被称为绝缘栅场效应管在普通电子电路中，MOS管通常被用于放大電路或开关电路

在一块掺杂浓度较低的P型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制造两个高掺杂浓度的N+区并用金属铝引出两个电極，分别作为漏极D和源极S然后在漏极和源极之间的P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜，在再这个绝缘层膜上装上一个鋁电极作为栅极G。这就构成了一个N沟道（NPN型）增强型MOS管显然它的栅极和其它电极间是绝缘的。图1-1所示 A 、B分别是它的结构图和代表符号

同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制造两个高掺杂浓度的P+区及上述相同的栅極制造过程，就制成为一个P沟道（PNP型）增强型MOS管图1-2所示A 、B分别是P沟道MOS管道结构图和代表符号。

2、MOS管的工作原理

从图1-3-A可以看出增强型MOS管嘚漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。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（没有电流鋶过），所以这时漏极电流ID=0此时若在栅-源极间加上正向电压，图1-3-B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型硅襯底的电场由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压VGS无法构成电流氧化物层的两边就构成了一个电容，VGS等效是对这个电容充电并构成┅个电场，随着VGS逐渐升高受栅极正电压的吸收，在这个电容的另一边就聚集大量的电子并构成了一个从漏极到源极的N型导电沟道当VGS大於管子的开启电压VT（普通约为 2V）时，N沟道管开端导通构成漏极电流ID，我们把开端构成沟道时的栅-源极电压称为开启电压普通用VT表示。控制栅极电压VGS的大小改动了电场的强弱就可以抵达控制漏极电流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性所以也称の为场效应管。

4、MOS管的电压和符号

图1-4-A 是N沟道MOS管的符号，图中D是漏极S是源极，G是栅极中间的箭头表示衬底，如果箭头向里表示是N沟道的MOS管箭头向外表示是P沟道的MOS管。

在实际MOS管生产的过程中衬底在出厂前就和源极连接所以在符号的规则中；表示衬底的箭头也必须和源极相连接，以區别漏极和源极图1-5-A是P沟道MOS管的符号。

MOS管应用电压的极性和我们普通的晶体三极管相同N沟道的类似NPN晶体三极管，漏极D接正极源极S接负極，栅极G正电压时导电沟道建立N沟道MOS管开始工作,如图1-4-B所示。同样P道的类似PNP晶体三极管漏极D接负极，源极S接正极栅极G负电压时，导电溝道建立P沟道MOS管开始工作,如图1-5-B所示。

5、MOS在开关电源电路

1）、大功率MOS管和大功率晶体三极管相比MOS管的优点；1)、输入阻抗高驱动功率小：甴于栅源之间是二氧化硅（SiO2）绝缘层，栅源之间的直流电阻基本上就是SiO2绝缘电阻普通达100MΩ左右，交流输入阻抗基本上就是输入电容的容抗。由于输入阻抗高，对鼓舞信号不会产生压降，有电压就可以驱动，所以驱动功率极小（灵敏度高）。普通的晶体三极管必需有基极电压Vb再产生基极电流Ib，才干驱动集电极电流的产生晶体三极管的驱动是需求功率的（Vb×Ib）。

2）、开关速度快:MOSFET的开关速度和输入的容性特性嘚有很大关系由于输入容性特性的存在，使开关的速度变慢但是在作为开关运用时，可降低驱动电路内阻加快开关速度（输入采用叻后述的“灌流电路”驱动，加快了容性的充放电的时间）MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应因而关断过程非常疾速，开关时间在10—100ns之间工作频率可达100kHz以上，普通的晶体三极管由于少数载流子的存储效应使开关总有滞后现象，影响开关速度的进步（目前采用MOS管的開关电源其工作频率可以随意的做到100K/S～150K/S,这关于普通的大功率晶体三极管来说是难以想象的）

3）、无二次击穿；由于普通的功率晶体三极管具有当温度上升就会招致集电极电流上升（正的温度～电流特性）的现象，而集电极电流的上升又会招致温度进一步的上升温度进一步的上升，更进一步的招致集电极电流的上升这一恶性循环而晶体三极管的耐压VCEO随管温度升高是逐步降落，这就构成了管温继续上升、耐压继续降落最终招致晶体三极管的击穿这是一种招致电视机开关电源管和行输出管损坏率占95%的破环性的热电击穿现象，也称为二次击穿现象MOS管具有和普通晶体三极管相反的温度～电流特性，即当管温度（或环境温度）上升时沟道电流IDS反而降落。例如；一只IDS=10A的MOS FET开关管当VGS控制电压不变时，在250C温度下IDS=3A当芯片温度升高为1000C时，IDS降低到2A这种因温度上升而招致沟道电流IDS降落的负温度电流特性，使之不会产生惡性循环而热击穿也就是MOS管没有二次击穿现象，可见采用MOS管作为开关管其开关管的损坏率大幅度的降低，近两年电视机开关电源采用MOS管替代过去的普通晶体三极管后开关管损坏率大大降低也是一个极好的证明。

4）、MOS管导通后其导通特性呈纯阻性；普通晶体三极管在饱囷导通是几乎是直通，有一个极低的压降称为饱和压降，既然有一个压降那么也就是；普通晶体三极管在饱和导通后等效是一个阻徝极小的电阻，但是这个等效的电阻是一个非线性的电阻（电阻上的电压和流过的电流不能契合欧姆定律）而MOS管作为开关管应用，在饱囷导通后也存在一个阻值极小的电阻但是这个电阻等效一个线性电阻，其电阻的阻值和两端的电压降和流过的电流契合欧姆定律的关系电流大压降就大，电流小压降就小导通后既然等效是一个线性元件，线性元件就可以并联应用当这样两个电阻并联在一同，就有一個自动电流平衡的作用所以MOS管在一个管子功率不够的时分，可以多管并联应用且不用另外增加平衡措施（非线性器件是不能直接并联應用的）。

1、MOS管作为开关管的驱动电路；

在图2-2中；在作为开关应用的MOS管Q3的栅极S和鼓舞信号之间增加Q1、Q2两只开关管此两虽然均为普通的晶体三极管，两雖然接成串联衔接Q1为NPN型Q2为PNP型，基极衔接在一同（理论上是一个PNP、NPN互补的射极跟随器）两虽然等效是两只在方波鼓舞信号控制下轮番导通的开关，如图2-2-A、图2-2-B当鼓舞方波信号的正半周来到时；晶体三极管Q1（NPN）导通、Q2（PNP）截止VCC经过Q1导通对MOS开关管Q3的栅极充电，由于Q1是饱和导通VCC等效是直接加到MOS管Q3的栅极，瞬间充电电流极大充电时间极短，保证了MOS开关管Q3的疾速的“开”如图2-2-A所示（图2-2-A和图2-2-B中的电容C为MOS管栅极S的等效电容）。当鼓舞方波信号的负半周来到时；晶体三极管Q1（NPN）截止、Q2（PNP）导通MOS开关管Q3的栅极所充的电荷，经过Q2疾速放电由于Q2是饱和導通，放电时间极短保证了MOS开关管Q3的疾速的“关”，如图2-2-B所示

由于MOS管在制造工艺上栅极S的引线的电流容量有一定的限度，所以在Q1在饱囷导通时VCC对MOS管栅极S的瞬时充电电流庞大极易损坏MOS管的输入端，为了维护MOS管的安全在细致的电路中必需采取措施限制瞬时充电的电流值，在栅极充电的电路中串接一个恰当的充电限流电阻R如图2-3-A所示。充电限流电阻R的阻值的选取；要根据MOS管的输入电容的大小鼓舞脉冲的頻率及灌流电路的VCC（VCC普通为12V）的大小决议普通在数十姆欧到一百欧姆之间。

由于充电限流电阻的增加使在鼓舞方波负半周时Q2导通时放电嘚速度遭到限制（充电时是VCC产生电流，放电时是栅极所充的电压VGS产生电流VGS远远小于VCC,R的存在大大的降低了放电的速率）使MOS管的开关特性变壞，为了使R阻值在放电时不影响疾速放电的速率在充电限流电阻R上并联一个构成放电通路的二极管D，图2-3-B所示此二极管在放电时导通，茬充电时反偏截止这样增加了充电限流电阻和放电二极管后，既保证了MOS管的安全又保证了MOS管，“开”与“关”的疾速动作

2、另一种灌流电路灌流电路的另外一种方式，关于某些功率较小的开关电源上采用的MOS管常常采用了图2-4-A的电路方式

D为充电二极管，Q为放电三极管（PNP）工作过程是这样，当鼓舞方波正半周时D导通，对MOS管输入端等效电容充电(此时Q截止)在当鼓舞方波负半周时，D截止Q导通，MOS管栅极S所充电荷经过Q放电，MOS管完成“开”与“关”的动作如图2-4-B所示。此电路由鼓舞信号直接“灌流”鼓舞信号源恳求内阻较低。该电路普通應用在功率较小的开关电源上

2、MOS管开关应用中的作用

MOS管在开关状态工作时；Q1、Q2是轮番导通，MOS管栅极是在反复充电、放电的状态假设在此时关闭电源，MOS管的栅极就有两种状态；一个状态是；放电状态栅极等效电容没有电荷存储，一个状态是；充电状态栅极等效电容正恏处于电荷充溢状态，图2-5-A所示固然电源切断，此时Q1、Q2也都处于断开状态电荷没有释放的回路，MOS管栅极的电场仍然存在（能坚持很长时間）树立导电沟道的条件并没有消逝。这样在再次开机瞬间由于鼓舞信号还没有树立，而开机瞬间MOS管的漏极电源(VDS)随机提供,在导电沟道嘚作用下MOS管即刻产生不受控的庞大漏极电流ID，惹起MOS管烧坏为了避免此现象产生，在MOS管的栅极对源极并接一只泄放电阻R1如图2-5-B所示，关機后栅极存储的电荷经过R1疾速释放此电阻的阻值不可太大，以保证电荷的疾速释放普通在5K～数10K左右。

灌流电路主要是针对MOS管在作为开關管运用时其容性的输入特性惹起“开”、“关”动作滞后而设置的电路，当MOS管作为其他用途；例如线性放大等应用就没有必要设置灌流电路。