电路基础 ---- MOSFET管(MOS管)基础

场效应管是一种电压控制型半导体器件,分为结型和MOSFET两种。MOSFET包括N沟道和P沟道类型,其三个引脚为栅极、源极和漏极。寄生二极管在保护MOS管免受过压损害中起到关键作用。MOS管有增强型和耗尽型之分,广泛应用于放大器和电子开关等电路中。

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1场效应管和MOSFET管

1.1 什么是场效应管?

场效应晶体管(FieldEffffect Transistor缩写(FET))简称场效应管。它是利⽤控制输⼊回

路的电场效应来控制输出回路电流的⼀种半导体器件。由于它仅靠半导体中的多数载流

⼦导电,⼜称单极型晶体管。

场效应管属于电压控制型半导体器件。具有输⼊电阻⾼、噪声⼩、功耗低、动态范围大、易于集成、没有⼆次击穿现象、安全⼯作区域宽等优点

两种类型:

  • 结型场效应管(junction FET—JFET)

  • ⾦属 - 氧化物半导体场效应管(metal-oxide semiconductor FET,简称MOS-FET)

1.2 什么是MOS管?

MOS,是MOSFET的缩写。MOSFET ⾦属-氧化物半导体场效应晶体管,简称⾦氧半场效晶

体管。

⼀般是⾦属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是⾦

属—绝缘体(insulator)—半导体。

MOS管属于场效应管

2 MOS管三个引脚

G:栅极(gate)

S:源极(source)

D:漏极(drain)


3 判定⽅法

G极—栅极,不⽤说⽐较好认

S极—源极,不论是P沟道还是N沟道,两根线相交的就是

D极—漏极,不论是P沟道还是N沟道,是单独引线的那边


4 寄生二极管的作用

如图,寄生二极管又称体二极管

  1. 防止Vds(漏极与源极之间的电压)过压时,烧坏MOS管

Vds过压时,寄生二极管先被反向击穿,大电流直接导向地端,从而保护mos管
  1. 防止MOS管的源极与漏极反接时烧坏MOS管

即源极接电源正极,漏极接电源负极时,电流回路通过寄生二极管流过,从而保护mos管

5 MOS管分类

5.1 按沟道分

寄生二极管指向D(漏极)为N沟道MOS管,简称NMOS;

寄生二极管指向S(源极)为P沟道MOS管,简称PMOS管

5.2 按材料分

增强型

栅极-源极电压 Vgs 为零时漏极电流为零,即截止,要Vgs正偏(“增强”)达到一定阈值才能导通

耗尽型

栅极-源极电压 Vgs 为零时漏极电流不为零,即导通 (栅极偏压就导通),”耗尽“载流子才会截止
源极和漏极结构上是对称的
栅极-源极电压可正可负

6 MOS管的特点和作用

具有输入阻抗高、开关速度快,热稳定性好,电压控制电流等优点

可作为放大器、电子开关等用途

### P-MOS管与N-MOS管的区别及工作原理 #### 工作原理概述 MOS管是一种场效应晶体管,其通过栅极电压控制源极和漏极之间的导通状态。根据载流子类型的不同,MOS管分为两种基本类型:N沟道MOS管(N-MOS)和P沟道MOS管(P-MOS)。两者的区别主要体现在载流子种类、导通条件以及应用场景等方面。 #### 载流子差异 - **N-MOS管**利用电子作为多数载流子,在栅极施加正向偏置电压时形成导电通道[^1]。 - **P-MOS管**则依赖空穴作为多数载流子,当栅极相对于源极施加负向偏置电压时才能实现导通[^1]。 #### 导通条件 - 对于**N-MOS管**,为了使其进入饱和区并正常工作,通常需要在栅极提供高于阈值电压 \(V_{th}\) 的正电压。具体来说,只有当 \(V_{GS} > V_{th}\) 时,N-MOS才会开启[^2]。 - 反之,对于**P-MOS管**,它要求的是低于某一特定绝对值的负电压来激活器件。也就是说,\(V_{GS} < -V_{th}\) 是使P-MOS处于导通状态的关键条件。 #### 应用场景对比 由于它们不同的物理特性和操作需求,这两种类型的MOS管往往适用于不同场合下的电路设计: - **N-MOS管**因其较低的导通电阻特性而被广泛应用于拉低负载或者充当低压侧开关的角色; - **P-MOS管**更适合用于推高负载的情况,比如高压侧开关功能实现中更为常见。 ```python # 示例代码展示如何设置NMOS和PMOS的驱动逻辑 def set_mosfet_state(nmos_gate_voltage, pmos_gate_voltage): nmos_threshold = 2.0 # 假设N-MOS的阈值电压为2V pmos_threshold = -2.0 # 假设P-MOS的阈值电压为-2V if nmos_gate_voltage >= nmos_threshold: print("N-MOS is ON.") else: print("N-MOS is OFF.") if pmos_gate_voltage <= pmos_threshold: print("P-MOS is ON.") else: print("P-MOS is OFF.") set_mosfet_state(3.0, -3.0) ``` 以上代码片段演示了基于给定门限判断相应MOSFET的状态切换过程。
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