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MOS管學(xué)名是場效應(yīng)管，是金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)管，英文：MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，屬于絕緣柵型。本文就結(jié)構(gòu)構(gòu)造、特點(diǎn)、實(shí)用電路等幾個方面用工程師的話簡單描述。
其結(jié)構(gòu)示意圖：
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解釋1：溝道
上面圖中，下邊的p型中間一個窄長條就是溝道，使得左右兩塊P型極連在一起，因此mos管導(dǎo)通后是電阻特性，因此它的一個重要參數(shù)就是導(dǎo)通電阻，選用mos管必須清楚這個參數(shù)是否符合需求。
解釋2：n型
上圖表示的是p型mos管，讀者可以依據(jù)此圖理解n型的，都是反過來即可。因此，不難理解，n型的如圖在柵極加正壓會導(dǎo)致導(dǎo)通，而p型的相反。
解釋3：增強(qiáng)型
相對于耗盡型，增強(qiáng)型是通過“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來導(dǎo)通，如圖。柵極電壓越低，則p型源、漏極的正離子就越靠近中間，n襯底的負(fù)離子就越遠(yuǎn)離柵極，柵極電壓達(dá)到一個值，叫閥值或坎壓時，由p型游離出來的正離子連在一起，形成通道，就是圖示效果。因此，容易理解，柵極電壓必須低到一定程度才能導(dǎo)通，電壓越低，通道越厚，導(dǎo)通電阻越小。由于電場的強(qiáng)度與距離平方成正比，因此，電場強(qiáng)到一定程度之后，電壓下降引起的溝道加厚就不明顯了，也是因?yàn)閚型負(fù)離子的“退讓”是越來越難的。耗盡型的是事先做出一個導(dǎo)通層，用柵極來加厚或者減薄來控制源漏的導(dǎo)通。但這種管子一般不生產(chǎn)，在市面基本見不到。所以，大家平時說mos管，就默認(rèn)是增強(qiáng)型的。
解釋4：左右對稱
圖示左右是對稱的，難免會有人問怎么區(qū)分源極和漏極呢?其實(shí)原理上，源極和漏極確實(shí)是對稱的，是不區(qū)分的。但在實(shí)際應(yīng)用中，廠家一般在源極和漏極之間連接一個二極管，起保護(hù)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(shí)用。我的老師年輕時用過不帶二極管的mos管。非常容易被靜電擊穿，平時要放在鐵質(zhì)罐子里，它的源極和漏極就是隨便接。
解釋5：金屬氧化物膜
圖中有指示，這個膜是絕緣的，用來電氣隔離，使得柵極只能形成電場，不能通過直流電，因此是用電壓控制的。在直流電氣上，柵極和源漏極是斷路。不難理解，這個膜越?。弘妶鲎饔迷胶?、坎壓越小、相同柵極電壓時導(dǎo)通能力越強(qiáng)。壞處是：越容易擊穿、工藝制作難度越大而價格越貴。例如導(dǎo)通電阻在歐姆級的，1角人民幣左右買一個，而2402等在十毫歐級的，要2元多(批量買。零售是4元左右)。
解釋6：與實(shí)物的區(qū)別
上圖僅僅是原理性的，實(shí)際的元件增加了源-漏之間跨接的保護(hù)二極管，從而區(qū)分了源極和漏極。實(shí)際的元件，p型的，襯底是接正電源的，使得柵極預(yù)先成為相對負(fù)電壓，因此p型的管子，柵極不用加負(fù)電壓了，接地就能保證導(dǎo)通。相當(dāng)于預(yù)先形成了不能導(dǎo)通的溝道，嚴(yán)格講應(yīng)該是耗盡型了。好處是明顯的，應(yīng)用時拋開了負(fù)電壓。
解釋7：寄生電容
上圖的柵極通過金屬氧化物與襯底形成一個電容，越是高品質(zhì)的mos，膜越薄，寄生電容越大，經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級。這個參數(shù)是mos管選擇時至關(guān)重要的參數(shù)之一，必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷，經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開關(guān)頻率，在這種用途中，柵極信號具有交流特征，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，形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)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(qiáng)大的柵極驅(qū)動，也是這個道理。試想，弱驅(qū)動信號瞬間變?yōu)楦唠娖?，但是為了“灌滿”寄生電容需要時間，就會產(chǎn)生上升沿變緩，對開關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。
解釋8：如何工作在放大區(qū)
Mos管也能工作在放大區(qū)，而且很常見。做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等，都是利用mos管工作在放大區(qū)，由于mos管的特性，當(dāng)溝道處于似通非通時，柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無窮大，當(dāng)然，隨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(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放，運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個重要原則就是基于這個特點(diǎn)。這是三極管不可比擬的。
解釋9：發(fā)熱原因
Mos管發(fā)熱，主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟關(guān)閉時，顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗，形成電流。有電流就有發(fā)熱，并非電場型的就沒有電流。另一個原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時，導(dǎo)通狀態(tài)要“路過”一個由關(guān)閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn)，這時，導(dǎo)通電阻很大，發(fā)熱比較厲害。第三個原因是導(dǎo)通后，溝道有電阻，過主電流，形成發(fā)熱。主要考慮的發(fā)熱是第1和第3點(diǎn)。許多mos管具有結(jié)溫過高保護(hù)，所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度，一般是150攝氏度。超過此溫度，mos管不可能導(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。要注意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。
但愿上述描述能通俗的理解mos管，下面說說幾個約定俗成電路：
1：pmos應(yīng)用
一般用于管理電源的通斷，屬于無觸點(diǎn)開關(guān)，柵極低電平就完全導(dǎo)通，高電平就完全截止。而且，柵極可以加高過電源的電壓，意味著可以用5v信號管理3v電源的開關(guān)，這個原理也用于電平轉(zhuǎn)換。
2：nmos管應(yīng)用
一般用于管理某電路是否接地，屬于無觸點(diǎn)開關(guān)，柵極高電平就導(dǎo)通導(dǎo)致接地，低電平截止。當(dāng)然柵極也可以用負(fù)電壓截止，但這個好處沒什么意義。其高電平可以高過被控制部分的電源，因?yàn)闁艠O是隔離的。因此可以用5v信號控制3v系統(tǒng)的某處是否接地，這個原理也用于電平轉(zhuǎn)換。
3：放大區(qū)應(yīng)用
工作于放大區(qū)，一般用來設(shè)計反饋電路，需要的專業(yè)知識比較多，類似運(yùn)放，這里無法細(xì)說。常用做鏡像電流源、電流反饋、電壓反饋等。至于運(yùn)放的集成應(yīng)用，我們其實(shí)不用關(guān)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(dǎo)通電阻和寄生電容。