MOS管_课件.doc

MOSFET管1、 简介金属氧化物半导体场效应管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），也称为绝缘栅型场效应管，是一种输入电压控制输出电流的半导体器件，相对于晶体三极管（输入电流控制输出电流），其输入阻抗高，输出阻抗小，器件自身消耗电能少，且能通过较大的电流。MOS管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管，应用较多的是绝缘栅型。对于绝缘栅型MOS管也分为PMOS（应用类似PNP三极管）、NMOS（应用类似NPN三极管）、增强型、耗尽型。而实际应用的主要是增强型PMOS管和增强型NMOS管。MOS管的应用越来越广泛，主要用在信号放大和作为电子开关（无机械触点，同时开关速度快）。具体应用有：电机驱动，电路开关，开关电源，逆变器等。图1.01、场效应管的分类图 1.1图 1.2漏极D（Drain）、源级S（Source）、栅极（Gage）、衬底B（Base），一般情况下场效应管的漏极和源级可以对调使用，但衬底与源级在生产时已经连接过的情形（B与S短接）下不可以对调极性。从应用的角度来讲，漏极相对于三极管的集电极，源级相当于三极管的发射极，栅极相当于三极管的基极。对于单个的大功率MOS管，生产时在内部已经集成了体二极管，一般用在电机驱动等场合，这个二极管能保护MOS管不被高压损坏，当VDD高压时，二极管反向击穿，大电流从二极管流过，或者电机产生的过高的反向电动势也可以从二极管流过。图 1.32、实际工作过程定义：开启电压（ UT）（一般4V以上）刚刚产生沟道所需的栅源电压UGS。N沟道增强型MOS管的基本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子导通。 UGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压UDS作用下，漏极电流ID越大，这时管子工作在放大区，当UGS增大到某个值时，ID不在增大，导电沟道呈现饱和状态（此时当开关用）。3、双极型和场效应型三极管的比较二、主要参数1、直流参数（1） 结型场效应管和耗尽型MOSFET的主要参数1)饱和漏极电流IDSS(ID0)：IDSS指的是对应uGS=0时的漏极电流。2)夹断电压UGSoff：当栅源电压uGS=UGSoff时，iD=0。（2） 增强型MOSFET的主要参数对增强型MOSFET来说，主要参数有开启电压UGSth，即当uGSuGSth时，导电沟道才形成，iD0。（3） 输入电阻RGS对结型场效应管，RGS在1081012之间。对MOS管，RGS在10101015之间。通常认为RGS。2、极限参数场效应管也有一定的运用极限，若超过这些极限值，管子就可能损坏。场效应管的极限参数如下：(1)栅源击穿电压U(BR)GSO。(2)漏源击穿电压U(BR)DSO。(3)最大功耗PDM：PDM=IDUDS3、交流参数（1）跨导gmMOS管里跨导的概念相当于三级管里面的放大倍数。跨导gm的定义为gm的大小可以反映栅源电压uGS对漏极电流iD的控制能力的强弱。gm可以从转移特性或输出特性中求得，也可以用公式计算出来。1）对JFET和耗尽型MOS管，电流方程为那么，对应工作点Q的gm为式中，IDQ为直流工作点电流。可见，工作点电流增大，跨导也将增大。2）而对增强型MOSFET，其电流方程为那么，对应工作点Q的gm为上式表明，增大场效应管的宽长比和工作电流，可以提高gm。(2) 输出电阻rds输出电阻rds定义为恒流区的rds可以用下式计算：4、 附加参数 （1）开启电压UT UT 是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 （2）夹断电压UP UP 是MOS耗尽型和结型FET的参数，当UGS=UP时,漏极电流为零。三、名词解释及应用说明1、增强型与耗尽型MOS管耗尽型MOS管与增强型MOS管基本相似,其区别仅在于栅源极间电压Vgs=0时，耗尽型MOS管中的漏源极间已有导电沟道产生，而增强性则没有导电沟道。2、高端驱动及低端驱动NMOS适合源级接地的低端驱动模式，而PMOS则适合源级接VCC的高端驱动。图2.1 NMOS低端驱动 图2.2 PMOS高端驱动 由于NMOS容易制造、作为开关时导通电阻小且价格低廉，所以在高端驱动是，也会用到NMOS，此时栅极电压需要要比电源电压高（通过电荷泵等方式实现），控制电路稍微复杂。3、 几种场效应管的特性曲线（1）输出特性曲线：ID=f(UDS) | UGS=const（2）转移特性曲线：ID=f(UGS) | UDS=const（3）开启电压UT（4）夹断电压UP图2.3 曲线对比图2.4 结型场效应管输出特性及转移特性曲线图2.5 耗尽型场效应管输出特性及转移特性曲线图2.6 增强型场效应管输出特性及转移特性曲线图2.7 各种场效应管输出特性曲线对比图2.8 各种场效应管转移特性曲线对比4、 MOS管的开关用法1、MOS管的三个区：可变电阻区（对应三极管的饱和区），恒流区（对应三极管的放大区），夹断区（对应三极管的截止区），还有一个击穿区（对应三极管的击穿区，属于电力电子内容）。2、MOS管的导通是一个过程。对于N-MOSFET来说，Ugs(th)是指刚刚形成导电沟道所需要的Ugs电压，注意这里的定语刚刚形成导电沟道。随着Ugs加强，导电沟道还会逐步变宽，到一定程度，这个沟道的大小就不再随着电压变宽了（类似于水龙头，Ugs(th)就相当于刚刚有水，但增加到一定程度，水流的粗细就不再变了），一般来说，MOS管要比较好的导通需要10V左右的电压。3、MOS管的开关状态是指在可变电阻区和夹断区之间切换（最佳），但也可以是恒流区和夹断区之间切换（不过不推荐，此时MOS管相当于工作在放大状态，外部电压大量加在DS上，导致UDS会很大，再加上电流，会引起MOS管明显发热）。5、 MOS管的放大用法6、 选型及主要生产厂家1、主要参数及选型Mosfet参数含义说明Features:Vds：DS击穿电压.当Vgs=0V时，MOS的DS所能承受的最大电压Rds(on)：DS的导通电阻.当Vgs=10V时，MOS的DS之间的电阻Id：最大DS电流.会随温度的升高而降低Vgs:最大GS电压.一般为：-20V+20VIdm: 最大脉冲DS电流.会随温度的升高而降低，体现一个抗冲击能力，跟脉冲时间也有关系Pd: 最大耗散功率Tj: 最大工作结温，通常为150度和175度Tstg: 最大存储温度Iar: 雪崩电流Ear: 重复雪崩击穿能量Eas: 单次脉冲雪崩击穿能量BVdss： DS击穿电压Idss:饱和DS电流，uA级的电流Igss: GS驱动电流，nA级的电流.gfs: 跨导Qg: G总充电电量Qgs:GS充电电量 Qgd:GD充电电量Td(on): 导通延迟时间，从有输入电压上升到10%开始到Vds下降到其幅值90%的时间Tr: 上升时间，输出电压 VDS 从 90% 下降到其幅值 10% 的时间Td(off): 关断延迟时间，输入电压下降到 90% 开始到 VDS 上升到其关断电压时 10% 的时间Tf: