MOSFET的應(yīng)用研究

【摘要】MOSFET是電氣系統(tǒng)中最基本的部件之一，能否正確的使用MOSFET對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)是否成功起著關(guān)鍵的作用。本文通過(guò)對(duì)MOSFET的類型特點(diǎn)進(jìn)行研究，對(duì)其測(cè)量方法、應(yīng)用領(lǐng)域及其使用注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。旨在使初學(xué)者或非專業(yè)人員使用時(shí)，能針對(duì)特定設(shè)計(jì)正確的使用MOS型場(chǎng)效應(yīng)管，以便更好的服務(wù)社會(huì)。

【關(guān)鍵詞】場(chǎng)效應(yīng)晶體管；集成電路

引言

隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，新材料、新元器件、新集成電路不斷涌現(xiàn)，MOSFET憑借其低功耗、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在集成電路中已經(jīng)有逐漸取代三極管的趨勢(shì)。MOSFET是電場(chǎng)效應(yīng)控制電流大小的單極型半導(dǎo)體器件，其輸入端基本不取電流或電流極小，這就使得MOSFET電路具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡(jiǎn)單、功率損耗小等特點(diǎn)。但是MOSFET種類繁多且非常嬌貴容易受電擊穿而損壞，如何使用成為初學(xué)者面臨的難題。

一、MOSFET特性及分類

MOSFET是英文Metal-Oxide-Semico-nductor Field-Effect-Transistor的縮寫，即金屬氧化物合成半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。它屬于絕緣柵型，是電壓控制電流的器件。雖然種類繁多，但它們都是以半導(dǎo)體的某一種多數(shù)載流子（電子或空穴）來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。

MOSFET從半導(dǎo)體導(dǎo)電溝道類型上分為P溝道和N溝道；從有無(wú)原始導(dǎo)電溝道上分為耗盡型和增強(qiáng)型。所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=0時(shí)管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。耗盡型則是指當(dāng)VGS=0時(shí)即形成溝道，加上正確的VGS時(shí)，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，時(shí)管子轉(zhuǎn)向截止。因此MOS型場(chǎng)效應(yīng)管可分為耗盡型NMOS、耗盡型PMOS、增強(qiáng)型NMOS、增強(qiáng)型PMOS四種。

二、MOSFET與三極管的比較

MOSFET和雙極型三極管相類似，電極對(duì)應(yīng)關(guān)系是b對(duì)應(yīng)G、e對(duì)應(yīng)S、c對(duì)應(yīng)D；由MOSFE組成的放大電路也和三極管放大電路相類似，三極管放大電路基極回路需要一個(gè)偏置電流（偏流），而MOSFE放大電路的柵極沒(méi)有電流，所以MOSFE放大電路的柵極回路需要一個(gè)合適的偏置電壓（偏壓）。

MOSFET組成的放大電路和三極管放大電路的主要區(qū)別在于：場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件，靠柵源之間的電壓變化來(lái)控制漏極電流的變化，放大作用以跨導(dǎo)來(lái)體現(xiàn)；三極管是電流控制型器件，靠基極電流的變化來(lái)控制集電極電流的變化，放大作用由電流放大倍數(shù)來(lái)體現(xiàn)。

一般情況下，雙極型三極管不能直接代替MOSFET，這是因?yàn)樗麄兊目刂铺匦圆灰粯?。MOSFET是電壓控制的器件，而雙極型三極管是電流控制的器件。MOSFET的控制電路是電壓型的，驅(qū)動(dòng)MOSFET的電路驅(qū)動(dòng)電流小，不足以驅(qū)動(dòng)雙極型三極管。但是，在雙極型三極管之前加裝電流放大器，把電壓驅(qū)動(dòng)改為電流驅(qū)動(dòng)，即可代換成功。

除此之外，他們?cè)谑褂蒙线€有區(qū)別，例如：

1.場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換，耗盡型絕緣柵管的柵電壓可正可負(fù)，靈活性比三極管強(qiáng)。但要注意，分立的場(chǎng)效應(yīng)管，有時(shí)已經(jīng)將襯底和源極在管內(nèi)短接，源極和漏極就不能互換使用了。

2.場(chǎng)效應(yīng)管和三極管都可以用于放大或作可控開關(guān)。但場(chǎng)效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用，可以在微電流、低電壓條件下工作，具有功耗低，熱穩(wěn)定性好，容易解決散熱問(wèn)題，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，且制作工藝簡(jiǎn)單，易于集成化生產(chǎn)，因此在目前的大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中，MOS管占主要地位。

3.MOS管具有很低的級(jí)間反饋電容，一般為5—10pF，而三極管的集電結(jié)電容一般為20pF左右。

三、MOSFET測(cè)量方法

1.準(zhǔn)備工作

測(cè)量之前，先把人體對(duì)地短路后，才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上 接一條導(dǎo)線與大地連通，使人體與大地保持等電位。再把管腳分開，拆掉導(dǎo)線。

2.判定電極

將萬(wàn)用表?yè)苡趓×100檔，首先確定柵極。若某腳與腳的電阻都是無(wú)窮大，證明此腳柵極g。交換表筆重測(cè)量，s-d的電阻值應(yīng)為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為d極，紅表筆接的是s極。日本生產(chǎn)的3sk系列產(chǎn)品，s極與管殼接通，據(jù)此很確定s極。

3.檢查放大能力（跨導(dǎo)）

將g極懸空，黑表筆接d極，紅表筆接s極，用手指觸摸g極，表針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵mos場(chǎng)效應(yīng)管有兩個(gè)柵極g1、g2。為區(qū)分之，手分別觸摸g1、g2極，其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)幅度較大的為g2極。目前有的mos場(chǎng)效應(yīng)管在g-s極間了保護(hù)二極管，平時(shí)就不把各管腳短路了。

四、MOSFET的應(yīng)用領(lǐng)域

MOS型場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用領(lǐng)域很廣，具體可歸納如下：

1.MOS型場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容。

2.場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換，常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。

3.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。

4.場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。

5.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。

五、使用MOSFET注意事項(xiàng)

MOSFET在使用時(shí)應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOSFET輸入阻抗高（mos集成電路）極易被靜電擊穿，使用時(shí)應(yīng)注意以下規(guī)則：

1.MOSFET器件出廠時(shí)通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也細(xì)銅線把各個(gè)引腳連接在一起，或用錫紙包裝。

2.取出的MOSFET器件不能在塑料板上滑動(dòng)，應(yīng)用金屬盤來(lái)盛放待用器件。

3.焊接用的電烙鐵接地。

4.在焊接前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接，在MOSFET器件焊接完成后再分開。

5.MOSFET器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機(jī)時(shí)順序相反。

6.電路板在裝機(jī)之前，要用接地的線夾子去碰一下機(jī)器的各接線端子，再把電路板接上去。

7.MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的柵極在允許條件下，最好接入保護(hù)二極管。在檢修電路時(shí)應(yīng)注意查證原有的保護(hù)二極管是否損壞。

六、結(jié)論

通過(guò)了解MOSFET的類型及了解和決定它們的重要性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員就能針對(duì)特定設(shè)計(jì)正確的使用MOSFET。由于MOSFET是電氣系統(tǒng)中最基本的部件之一，正確的使用MOSFET對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)是否成功起著關(guān)鍵的作用，此文希望對(duì)初學(xué)者有所幫助。

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作者簡(jiǎn)介：朱玉蘭（1983—），女，江蘇淮安人，大學(xué)本科，助教，現(xiàn)供職于淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，主要從事電子技術(shù)、電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝、單片機(jī)等課程的教學(xué)與研究工作。