功率mosfet的基本知识。
自2023年开发出功率mosfet以来，由于半导体工艺技术的发展，它的性能不断提高：如高压功率mosfet其工作电压可达1000v；低导通电阻mosfet其阻值仅lomω；工作频率范围从直流到达数兆赫；保护措施越来越完善；并开发出各种贴片式功率mosfet(如siliconix最近开发的厚度为1.5mm“littlefoot系列)。
另外，**也不断降低，使应用越来越广泛，不少地方取代双极型晶体管。
功率mosfet主要用于计算机外设(软、硬驱动器、打印机、绘图机)、电源(ac／dc变换器、dc／dc变换器)、汽车电子、音响电路及仪器、仪表等领域。
本文将介绍功率mosfet的结构、工作原理及基本工作电路。
什么是mosfet
“mosfet”是英文的缩写，译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物(sio2或sin)及半导体三种材料制成的器件。所谓功率mosfet(powermosfet)是指它能输出较大的工作电流(几安到几十安)，用于功率输出级的器件。
mosfet的结构。
图1是典型平面n沟道增强型mosfet的剖面图。它用一块p型硅半导体材料作衬底(图la)，在其面上扩散了两个n型区(图lb)，再在上面覆盖一层二氧化硅(siq2)绝缘层(图lc)，最后在n区上方用腐蚀的方法做成两个孔，用金属化的方法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：g(栅极)、s(源极)及d(漏极)，如图1d所示。
从图1中可以看出栅极g与漏极d及源极s是绝缘的，d与s之间有两个pn结。一般情况下，衬底与源极在内部连接在一起。
图1是n沟道增强型mosfet的基本结构图。为了改善某些参数的特性，如提高工作电流、提高工作电压、降低导通电阻、提高开关特性等有不同的结构及工艺，构成所谓vmos、dmos、tmos等结构。图2是一种n沟道增强型功率mosfet的结构图。
虽然有不同的结构，但其工作原理是相同的，这里就不一一介绍了。
mosfet的工作原理。
要使增强型n沟道mosfet工作，要在g、s之间加正电压vgs及在d、s之间加正电压vds，则产生正向工作电流id。改变vgs的电压可控制工作电流id。如图3所示（上面↑）。
若先不接vgs(即vgs＝0)，在d与s极之间加一正电压vds，漏极d与衬底之间的pn结处于反向，因此漏源之间不能导电。如果在栅极g与源极s之间加一电压vgs。此时可以将栅极与衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。
当加上vgs时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和p型衬底界面上感应出负电荷(如图3)。
这层感应的负电荷和p型衬底中的多数载流子(空穴)的极性相反，所以称为“反型层”，这反型层有可能将漏与源的两n型区连接起来形成导电沟道。当vgs电压太低时，感应出来的负电荷较少，它将被p型衬底中的空穴中和，因此在这种情况时，漏源之间仍然无电流id。当vgs增加到一定值时，其感应的负电荷把两个分离的n区沟通形成n沟道，这个临界电压称为开启电压(或称阈值电压、门限电压)，用符号vt表示(一般规定在id＝10ua时的vgs作为vt)。
当vgs继续增大，负电荷增加，导电沟道扩大，电阻降低，id也随之增加，并且呈较好线性关系，如图4所示。此曲线称为转换特性。因此在一定范围内可以认为，改变vgs来控制漏源之间的电阻，达到控制id的作用。
由于这种结构在vgs＝0时，id＝0，称这种mosfet为增强型。另一类mosfet，在vgs＝0时也有一定的id(称为idss)，这种mosfet称为耗尽型。它的结构如图5所示，它的转移特性如图6所示。
vp为夹断电压(id＝0)。
耗尽型与增强型主要区别是在制造sio2 挡阒杏写罅康恼胱樱乖赑型衬底的界面上感应出较多的负电荷，即在两个n型区中间的p型硅内形成一n型硅薄层而形成一导电沟道，所以在vgs＝0时，有vds作用时也有一定的id(idss)；当vgs有电压时(可以是正电压或负电压)，改变感应的负电荷数量，从而改变id的大小。vp为id＝0时的-vgs，称为夹断电压。
除了上述采用p型硅作衬底形成n型导电沟道的n沟道mosfet外，也可用n型硅作衬底形成p型导电沟道的p沟道mosfet。这样，mosfet的分类如图7所示。
耗尽型：n沟道(图7a)；p沟道(图c)；
增强型：n沟道（图b)；p沟道(图d)。
为防止mosfet接电感负载时，在截止瞬间产生感应电压与电源电压之和击穿mosfet，一般功率mosfet在漏极与源极之间内接一个快速恢复二极管，如图8所示。
功率mosfet的特点。
功率mosfet与双极型功率相比具有如下特点：
1．mosfet是电压控制型器件(双极型是电流控制型器件)，因此在驱动大电流时无需推动级，电路较简单；
2．输入阻抗高，可达108ω以上；
3．工作频率范围宽，开关速度高(开关时间为几十纳秒到几百纳秒)，开关损耗小；
4．有较优良的线性区，并且mosfet的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的交流输入阻抗极高；噪声也小，最合适制作hi-fi音响；
5．功率mosfet可以多个并联使用，增加输出电流而无需均流电阻。
1．电池反接保护电路。
电池反接保护电路如图9所示。一般防止电池接反损坏电路采用串接二极管的方法，在电池接反时，pn结反接无电压降，但在正常工作时有0.6～0.
7v的管压降。采用导通电阻低的增强型n沟道mosfet具有极小的管压降(rds(on)×id)，如si9410dy的rds(on）约为0.04ω，则在la时约为0.
04v。这时要注意在电池正确安装时，id并非完全通过管内的二极管，而是在vgs≥5v时，n导电沟道畅通(它相当于一个极小的电阻)而大部分电流是从s流向d的(id为负)。而当电池装反时，mosfet不通，电路得以保护。
2．触摸调光电路。
一种简单的触摸调光电路如图10。当手指触摸上触头时，电容经手指电阻及100k充电，vgs渐增大，灯渐亮；当触摸下触头时，电容经100k及手指电阻放电，灯渐暗到灭。
3．甲类功率放大电路。
由r1、r2建立vgs静态工作点(此时有一定的id流过)。当音频信号经过c1耦合到栅极，使产生-△vgs，则产生较大的△id，经输出变压器阻抗匹配，使4～8ω喇叭输出较大的声功率。图ll中dw为9v稳压二极管，是保护g、s极以免输入过高电压而击穿。
从图中也可以看出，偏置电阻的数值较大，因为栅极输入阻抗极高，并且无栅流。
结型场效应管。
场效应管。场效应管（fjeld effect transistor简称fet ）是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件，故因此而得名。场效应管是一种电压控制器件，只依靠一种载流子参与导电，故又称为单极型晶体管。
与双极型晶体三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小、制造工艺简单和便于集成化等优点。
场效应管有两大类，结型场效应管jfet和绝缘栅型场效应管igfet，后者性能更为优越，发展迅速，应用广泛。图z0121 为场效应管的类型及图形、符号。
一、结构与分类。
图 z0122为n沟道结型场效应管结构示意图和它的图形、符号。它是在同一块n型硅片的两侧分别制作掺杂浓度较高的p型区（用p 表示），形成两个对称的pn结，将两个p区的引出线连在一起作为一个电极，称为栅极（g），在n型硅片两端各引出一个电极，分别称为源极（s）和漏极（d）。在形成pn结过程中，由于p 区是重掺杂区，所以n一区侧的空间电荷层宽度远大。
二、工作原理。
n沟道和p沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。下面以n沟道结型场效应管为例来分析其工作原理。电路如图z0123所示。
由于栅源间加反向电压，所以两侧pn结均处于反向偏置，栅源电流几乎为零。漏源之间加正向电压使n型半导体中的多数载流子-电子由源极出发，经过沟道到达漏极形成漏极电流id。
1．栅源电压ugs对导电沟道的影响（设uds＝0）
在图z0123所示电路中，ugs ＜0，两个pn结处于反向偏置，耗尽层有一定宽度，id=0。若|ugs| 增大，耗尽层变宽，沟道被压缩，截面积减小，沟道电阻增大；若|ugs| 减小，耗尽层变窄，沟道变宽，电阻减小。这表明ugs控制着漏源之间的导电沟道。
当ugs负值增加到某一数值vp时，两边耗尽层合拢，整个沟道被耗尽层完全夹断。（vp称为夹断电压）此时，漏源之间的电阻趋于无穷大。管子处于截止状态，id＝0。
2．漏源电压ugs对漏极电流id的影响（设ugs＝0）
当ugs＝0时，显然id＝0；当uds＞0且尚小对，p n结因加反向电压，使耗尽层具有一定宽度，但宽度上下不均匀，这是由于漏源之间的导电沟道具有一定电阻，因而漏源电压uds沿沟道递降，造成漏端电位高于源端电位，使近漏端pn结上的反向偏压大于近源端，因而近漏端耗尽层宽度大于近源端。显然，在uds较小时，沟道呈现一定电阻，id随uds成线性规律变化（如图z0124曲线oa段）；若ugs再继续增大，耗尽层也随之增宽，导电沟道相应变窄，尤其是近漏端更加明显。
由于沟道电阻的增大，id增长变慢了（如图曲线ab段），当uds增大到等于|vp|时，沟道在近漏端首先发生耗尽层相碰的现象。这种状态称为预夹断。这时管子并不截止，因为漏源两极间的场强已足够大，完全可以把向漏极漂移的全部电子吸引过去形成漏极饱和电流idss （这种情况如曲线b点）：
当uds＞|vp|再增加时，耗尽层从近漏端开始沿沟道加长它的接触部分，形成夹断区 。
由于耗尽层的电阻比沟道电阻大得多，所以比|vp|大的那部分电压基本上降在夹断区上，使夹断区形成很强的电场，它完全可以把沟道中向漏极漂移的电子拉向漏极，形成漏极电流。因为未被夹断的沟道上的电压基本保持不变，于是向漏极方向漂移的电子也基本保持不变，管子呈恒流特性（如曲线bc段）。但是，如果再增加uds达到buds时（buds称为击穿电压）进入夹断区的电子将被强电场加速而获得很大的动能，这些电子和夹断区内的原子碰撞发生链锁反应，产生大量的新生载流予，使id急剧增加而出现击穿现象（如曲线cd段）。
场效应管基础知识介绍
五 场效应管的测试。1 结型场效应管的管脚识别 场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于r 1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正 反向电阻。当某两个管脚间的正 反向电阻相等，均为数k 时，则这两个管脚为漏极d和源极s 可互换 余下的一个管脚即为栅...
场效应管的几点使用知识
3 场效应管放大能力的估测 用万用表的r 100挡可以估算场效应管的放大能力 具体测试如下 红表笔接源极s，黑表笔接漏极d，这样相当于给场效应管加上1 5伏的电源电压，这时表针指示出的是 d s极间的电阻值 然后用手指捏住栅极g，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上 由于场效应管的放大作用，uds...
场效应管的测量方法
场效应管检测方法与经验。mos场效应管的输人电阻高，栅极 允许的感应电压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金属杆去碰触栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极，引起栅极击穿。一 用指针式万用表对场效应管进行判别 1 用测电阻法判别结型场效应管的电极。根据场效应管的pn结正 ...