什么是 MOS 管

MOS 管，即金属（metal）— 氧化物（oxide）— 半导体（semiconductor）场效应晶体管，也被称为金属 — 绝缘体（insulator）— 半导体场效应管。它的 source（源极）和 drain（漏极）是可以对调的，这两个极都是在 P 型 backgate（衬底）中形成的 N 型区。在大多数情况下，这两个区的特性是相同的，即使将两端对调，也不会对器件的性能产生影响，因此这类器件被认为是对称的。

与双极型晶体管不同，双极型晶体管是将输入端电流的微小变化进行放大，在输出端输出一个较大的电流变化，其增益定义为输出输入电流之比（beta）。而场效应管（FET）则是把输入电压的变化转化为输出电流的变化，FET 的增益等于它的 transconductance（跨导），即输出电流的变化和输入电压变化之比。市面上常见的 MOS 管一般分为 N 沟道和 P 沟道两种类型，其中 P 沟道常见的为低压 mos 管。

场效应管通过在一个绝缘层上施加一个电场来影响流过晶体管的电流。实际上，并没有电流流过这个绝缘体，所以 FET 管的 GATE（栅极）电流非常小。普通的 FET 采用一薄层二氧化硅作为 GATE 极下的绝缘体，这种晶体管被称为金属氧化物半导体（MOS）晶体管，或金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。由于 MOS 管具有更小的尺寸和更低的功耗，因此在很多应用场合已经取代了双极型晶体管。

MOS 管的优势

1. 可应用于放大：由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以使用容量较小的电容，不必使用电解电容器，这在一定程度上简化了电路设计。
2. 适合作阻抗变换：其很高的输入阻抗使其非常适合用作阻抗变换，常用于多级放大器的输入级，以实现阻抗匹配，提高电路的性能。
3. 可用作可变电阻：通过改变栅极电压，可以调节 MOS 管的导通电阻，从而实现可变电阻的功能，在一些需要控制电阻值的电路中具有重要应用。
4. 可作为恒流源：利用 MOS 管的特性，可以方便地构建恒流源电路，为其他电路提供稳定的电流。
5. 可作为电子开关：MOS 管可以快速地实现导通和截止状态的切换，因此可以用作电子开关，广泛应用于各种电子设备的控制电路中。
6. 电路设计灵活性大：栅偏压可正可负可零，而三极管只能在正向偏置下工作，电子管只能在负偏压下工作。此外，MOS 管的输入阻抗高，可以减轻信号源的负载，易于与前级电路进行匹配，为电路设计提供了更大的灵活性。

MOS 管的结构原理

以 N 沟道增强型 MOS 管为例，其结构是在一块浓度较低的 P 型硅上扩散两个浓度较高的 N 型区，分别作为漏极和源极，半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层，并引出一个电极作为栅极。

其工作原理如下：

1. 当 VGS（栅源电压）= 0 时，不管 VDS（漏源电压）的极性如何，其中总有一个 PN 结处于反偏状态，所以不存在导电沟道，此时 ID（漏极电流）= 0。因此，VGS 必须大于 0，管子才能工作。
   

   

2. 当 VGS > 0 时，在 Sio?介质中会产生一个垂直于半导体表面的电场，该电场会排斥 P 区的多子空穴，而吸引少子电子。当 VGS 达到一定值时，P 区表面将形成反型层，将两侧的 N 区沟通，从而形成导电沟道。随着 VGS 的增加，反型层会变厚，VDS 也会增加，进而导致 ID 增加。
3. 当 VGS ≥ VT（开启电压）且 VDS 较小时，VDS 的增加会导致 ID 增加。VT 是在 VDS 作用下开始导电时的 VGS，其计算公式为 VT = VGS — VDS。
   

   

4. 当 VGS > 0 且 VDS 增大到一定值后，靠近漏极的沟道会被夹断，形成夹断区。此时，即使 VDS 继续增加，ID 也会保持不变。
   

   

MOS 管三极判定法

MOS 管的三个极分别是 G（栅极）、D（漏极）、S（源极），要求栅极和源极之间电压大于某一特定值，漏极和源极才能导通。

1. 判断栅极 G：MOS 驱动器主要起波形整形和加强驱动的作用。假如 MOS 管的 G 信号波形不够陡峭，在电平切换阶段会造成大量电能损耗，其副作用是降低电路转换效率，MOS 管发热严重，易热损坏。MOS 管 GS 间存在一定电容，假如 G 信号驱动能力不够，将严重影响波形跳变的时间。判断栅极 G 的方法是将 G - S 极短路，选择万用表的 R×1 档，黑表笔接 S 极，红表笔接 D 极，阻值应为几欧至十几欧。若发现某脚与其另外两脚的电阻均呈无限大，并且交换表笔后仍为无限大，则证实此脚为 G 极，因为它和另外两个管脚是绝缘的。
   

   

2. 判断源极 S、漏极 D：将万用表拨至 R×1k 档分别测量三个管脚之间的电阻。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的为正向电阻，此时黑表笔接的是 S 极，红表笔接 D 极。由于测试条件不同，测出的 RDS（on）值比手册中给出的典型值要高一些。
3. 测量漏 - 源通态电阻 RDS：在源 - 漏之间有一个 PN 结，因此根据 PN 结正、反向电阻存在差异，可识别 S 极与 D 极。例如用 500 型万用表 R×1 档实测一只 IRFPC50 型 VMOS 管，RDS（on） = 3.2Ω，大于 0.58Ω（典型值）。

MOS 管的检测步骤

MOS 管的检测主要是判断其是否存在漏电、短路、断路、放大等问题，其检测步骤如下：

1. 把连接栅极和源极的电阻移开，万用表红黑笔不变，假如移开电阻后表针慢慢逐步退回到高阻或无限大，则 MOS 管漏电，若表针不变则说明 MOS 管完好。
2. 用一根导线把 MOS 管的栅极和源极连接起来，假如指针立刻返回无限大，则 MOS 管完好。
3. 把红笔接到 MOS 管的源极 S 上，黑笔接到 MOS 管的漏极上，好的 MOS 管表针指示应该是无限大。
4. 用一只 100KΩ－200KΩ 的电阻连在栅极和漏极上，然后把红笔接到 MOS 管的源极 S 上，黑笔接到 MOS 管的漏极上，这时表针指示的值一般是 0。这是因为电荷通过这个电阻对 MOS 管的栅极充电，产生栅极电场，由于电场的作用导致导电沟道形成，致使漏极和源极导通，故万用表指针会发生偏转，偏转的角度越大，说明 MOS 管的放电性能越好。

MOS 管的应用领域

1. 工业领域：在工业领域，MOS 管被广泛应用于步进马达驱动、电钻工具、工业开关电源等设备中。步进马达驱动需要控制电机的转动，MOS 管的快速开关特性和的控制能力使其成为理想的选择。电钻工具需要高效的功率转换和控制，MOS 管能够满足这些要求，提高工具的性能和可靠性。工业开关电源则需要稳定的输出电压和高效的功率转换，MOS 管的低功耗和高可靠性能够保证电源的稳定运行。
2. 新能源领域：在新能源领域，MOS 管在光伏逆变、充电桩、无人机等方面发挥着重要作用。光伏逆变需要将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，MOS 管的高效转换能力和快速开关特性能够提高逆变效率，降低能量损耗。充电桩需要快速、安全地为电动汽车充电，MOS 管的控制和高可靠性能够保证充电过程的安全和高效。无人机需要轻便、高效的电源管理系统，MOS 管的小尺寸和低功耗能够满足无人机的需求。
3. 交通运输领域：在交通运输领域，MOS 管常用于车载逆变器、汽车 HID 安定器、电动自行车等设备中。车载逆变器需要将汽车电池的直流电转换为交流电，为车载电器提供电源，MOS 管的高效转换能力和稳定性能能够保证逆变器的正常运行。汽车 HID 安定器需要控制氙气灯的点亮和熄灭，MOS 管的快速开关特性和控制能力能够满足这一要求。电动自行车需要高效的电机驱动和电池管理系统，MOS 管的低功耗和高可靠性能够提高电动自行车的性能和续航能力。
4. 绿色照明领域：在绿色照明领域，MOS 管被应用于 CCFL 节能灯、LED 照明电源、金卤灯镇流器等设备中。CCFL 节能灯和 LED 照明电源需要控制灯光的亮度和颜色，MOS 管的控制能力能够满足这些要求，提高照明效果。金卤灯镇流器需要稳定的电流输出，MOS 管的恒流特性能够保证金卤灯的稳定运行。