场效应管是一种 电压控电流 的器件。其中，MOS 管是由是金属（metal）、氧化物（oxide）、半导体（semiconductor）组成的场效应晶体管。下文着重介绍以增强型 N 管。

场效应管的引脚与三极管相对应：栅极 / 门极（G）对应基极（b），漏极（D）对应集电极（c），源极（S）对应发射级（e）。箭头指电子运动的方向。

所有场效应管在正常工作时，门级都不会有电流。所以，漏极电流一定等于源极电流。其核心是用 GS 两端电压来控制漏极电流。所以也称为压控型元器件。

MOS 管的引脚定义#

MOS 管有三个引脚（G，S，D）其定义如下：

• G：gate / 栅极
• S：source / 源极
• D：drain / 漏极

N 沟道的电源一般接在 D，输出接 S；P 沟道的电源一般接在 S，输出接 D，增强型 / 耗尽型接法基本一样。

MOS 管的 source 和 drain 是可以对调的，他们都是在 P 型 backgate 中形成的 N 型区，在大多数情况下，这个两个区是一样的，即使对调也不会影响性能。

增强型 MOSFET#

如图是增强型 MOSFET 的伏安特性曲线，左图为转移特性，右图为输出特性，他们共用纵轴。

伏安特性的关键要素：

1. 开启电压 UGS(th)U_{GS_{(th)}}UGS(th)​​：从图中可以看出 UGS(th)=1VU_{GS_{(th)}} = 1 VUGS(th)​​=1V。当 UGS<UGS(th)U_{GS} < U_{GS_{(th)}}UGS​<UGS(th)​​ 时，无论 UDSU_{DS}UDS​ 多大，电流 iDi_DiD​ 始终为 0。当 UGS>UGS(th)U_{GS} > U_{GS_{(th)}}UGS​>UGS(th)​​ 时，MOSFET 才算开启。
2. 恒流区方程：iD=K(uGS−UGHTH)2i_D = K(u_{GS}-U_{GHTH})^2iD​=K(uGS​−UGHTH​)2，其中，K 影响转移特性曲线的增长速率（单位是 A/V2A/V^2A/V2）
3. 可变电阻区和恒流区的分界线：随着 UGSU_{GS}UGS​ 增加，分界点电压 UDSdvU_{DS_{dv}}UDSdv​​ 也在增加，且满足 UDSdv=UGS−UGS(th)U_{DS_{dv}}=U_{GS} - U_{GS_{(th)}}UDSdv​​=UGS​−UGS(th)​​

MOSFET 工作状态#

MOSFET 不同于三极管，因为某些型号封装内有并联二极管，所以其 D 和 S 极是不能反接的，且 N 管必须由 D 流向 S，P 管必须由 S 流向 D。可以用下表判断工作状态：

几个工作区:

• 截止区：当 UGSU_{GS}UGS​ 小于开启电压 UGS(th)U_{GS_{(th)}}UGS(th)​​ 时，MOS 不导通。
• 可变电阻区：UDSU_{DS}UDS​ 很小，IDI_DID​ 随 UDSU_{DS}UDS​ 增大而增大。
• 恒流区：UDSU_{DS}UDS​ 变化，IDI_DID​ 变化很小。
• 击穿区：UDSU_{DS}UDS​ 达到一定值时，MOS 被击穿，IDI_DID​ 突然增大，如果没有限流电阻，将被烧坏。
• 过损耗区：功率较大，需要加强散热，注意最大功率。

MOSFET 主要参数#

直流参数：

• 开启电压 UGS(th)U_{GS_{(th)}}UGS(th)​​：增强型 MOS 的参数。指当 UDSU_{DS}UDS​ 不变时，使得 iD>0i_D > 0iD​>0 所需最小的 ∣uGS∣\left| u_{GS} \right|∣uGS​∣ 的值。
• 夹断电压 UGS(off)U_{GS_{(off)}}UGS(off)​​：结型场效应管和耗尽型 MOS 的参数，与 UGS(th)U_{GS_{(th)}}UGS(th)​​ 相似，代表当 UDSU_{DS}UDS​ 不变时，iDi_DiD​ 为规定的微小电流时的 uGSu_{GS}uGS​。
• 直流输入电阻 UGS(DC)U_{GS_{(DC)}}UGS(DC)​​：栅 - 源电压与栅极电流之比，一般 MOS 的 UGS(DC)>109ΩU_{GS_{(DC)}} > 10^9 \OmegaUGS(DC)​​>109Ω。

选型关键参数：

1. 击穿电压 V_BRDSS
   • 随温度变化，应留足余量
2. 导通电阻 R_DS(on)
   • 导通电阻正温度系数，适合并联工作
   • 导通电阻越小，导通损耗越小
   • 导通电阻越小，Qg 就越大，相应的开关速度变慢
   • 带来的开关损耗越大，高频工作下需要折中考虑
3. 最大结温
   • 永远不能超过最大结温
   • 只能测量壳温后通过热阻计算而得
4. 动态电容和 Qg
   • 不是固定值，取决于工作条件
   • 作为开关时希望快速打开，需要一个驱动芯片提供瞬间大电流
   • 作为缓启动 MOS，需要慢慢打开，有效抑制浪涌电流

NMOS：

• 门极需要一个比源极更高的电压驱动
• 更好的性能
• 更多的选择
• 更低的成本

PMOS：

• 门极需要一个比源极低的电压驱动
• 不需要更高的电压驱动，驱动简单

三极管与场效应管的对比#

反馈#

定义：将放大电路输出端信号（电压 / 电流）一部分或全部淫秽到输入端，与输入信号进行叠加。

负反馈：返回的信号对输入信号进行削弱。
正反馈：返回的信号对输入信号进行增强。

MOS 管常见的封装#

SOT 封装#

SOT（Small Out-Line Transistor，小外形晶体管封装）封装一般用于小功率 MOS 管。

SOT-23 封装：

SOT-89 封装：

TO 封装#

TO（Transistor Out-line，晶体管外形）是比较早期的封装规格，原来多为直插封装（例如 TO-92，TO-220，TO-252），后来也慢慢进化到标贴式封装。TO252 和 TO263 是其典型，其中 TO-252 又称之为 D-PAK，TO-263 又称之为 D2PAK。

D-PAK 封装的 MOS 管有 3 个电极，其中漏极（D）的引脚被剪断不用，而是用背面的散热板作为漏极，能输出更大电流的同时也能更好地散热。

TO-252 封装：

TO-263 封装：

SOP 封装#

SOP（Small Out-Line Package，小外形封装），也叫 SO、SOL 或 DFP。通常有 SOP-8、SOP-16、SOP-20、SOP-28 等等（数字表示引脚数）。MOS 的 SOP 封装多数采用 SOP-8 规格。

SOP-8 封装：

参考与致谢#

• 贴片 mos 管的封装知识和排列

文章作者：Power Lin
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