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电子知识

干货|MOS管的七大构造

作者:立深鑫电子        发布时间:07-28        点击:
摘要 : 上面图中,下边的 p 型中间一个窄长条就是沟道,使得左右两块 P 型极连在一起,因此 mos 管导通后是电阻特性,因此它的一个重要参数就是导通电阻,选用 mos 管必须清楚这个参数是否符合需求。
MOS管原理图

解释 1:沟道

上面图中,下边的 p 型中间一个窄长条就是沟道,使得左右两块 P 型极连在一起,因此 mos 管导通后是电阻特性,因此它的一个重要参数就是导通电阻,选用 mos 管必须清楚这个参数是否符合需求。

解释 2:n 型

上图表示的是 p 型 mos 管,读者可以依据此图理解 n 型的,都是反过来即可。因此,不难理解,n 型的如图在栅极加正压会导致导通,而 p 型的相反。

解释 3:增强型

相对于耗尽型,增强型是通过“加厚”导电沟道的厚度来导通,如图。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。

解释 4:金属氧化物膜

图中有指示,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。例如导通电阻在欧姆级的,1 角人民币左右买一个,而 2402 等在十毫欧级的,要 2 元多(批量买。零售是 4 元左右)。

解释 5:左右对称

图示左右是对称的,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。我的老师年轻时用过不带二极管的 mos 管。非常容易被静电击穿,平时要放在铁质罐子里,它的源极和漏极就是随便接。

解释 6:寄生电容

上图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。

解释 7:与实物的区别

上图仅仅是原理性的,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。