MOSFETMOSFET概述MOSFET作为电子电路一种很重要的元器件，在主板的开关电源中也有广泛应用。MOSFET与晶体三极管很类似，不过三极管是通过电流控制电流的器件，而MOSFET是通过电压控制。金属-氧化层-半导体-场效晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET）是一种可以广泛使用在类比电路与数位电路的场效晶体管（field-effecttransistor）。MOSFET和三极管一样有三个极，但名称和三极管不一样，分别是：G(栅极)、S(源极)及D(漏极)。MOSFET分类MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型。在主板电路中，常用MOSFET为NMOS管，用作开关电源和电源，在CPU，北桥，内存供电都有用到。MOSFET内部结构及基本原理MOSFET内部结构如下图所示。图MOSFET内部结构MOSFET用作开关静态特性：MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。如下图为MOS管作为开关的原理图示。图MOS管作为开关的导通和截止状态转移特性和输出特性曲线如下图所示：工作特性如下：uGS＜开启电压UT：MOS管工作在截止区，漏源电流iDS基本为0，输出电压uDS≈UDD，MOS管处于“断开”状态。uGS＞开启电压UT：MOS管工作在导通区，漏源电流iDS=UDD/(RD+rDS)。其中，rDS为MOS管导通时的漏源电阻。输出电压UDS=UDD·rDS/(RD+rDS),如果rDS＜＜RD，则uDS≈0V，MOS管处于“导通”状态。动态特性：MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程，但其动态特性主要取决于与电路有关的杂散电容充、放电所需的时间，而管子本身导通和截止时电荷积累和消散的时间是很小的。下图给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图。图MOS管等效电路及动态特性当输入电压ui由高变低，MOS管由导通状态转换为截止状态时，电源UDD通过RD向杂散电容CL充电，充电时间常数τ1=RDCL。所以，输出电压uo要通过一定延时才由低电平变为高电平；当输入电压ui由低变高，MOS管由截止状态转换为导通状态时，杂散电容CL上的电荷通过rDS进行放电，其放电时间常数τ2≈rDSCL。可见，输出电压Uo也要经过一定延时才能转变成低电平。但因为rDS比RD小得多，所以，由截止到导通的转换时间比由导通到截止的转换时间要短。由于MOS管导通时的漏源电阻rDS比晶体三极管的饱和电阻rCES要大得多，漏极外接电阻RD也比晶体管集电极电阻RC大，所以，MOS管的充、放电时间较长，使MOS管的开关速度比晶体三极管的开关速度低。不过，在CMOS电路中，由于充电电路和放电电路都是低阻电路，因此，其充、放电过程都比较快，从而使CMOS电路有较高的开关速度。N沟道增强型MOS管的开关特性在MOS集成电路中，为了使电路前后两级的高低电平范围能大致相同，一般都采用增强型MOS管作为开关工作管。由于PMOS集成电路的工艺较容易，它的产品较早问世，但从概念的叙述来说，由于NMOS各极所加电压均是正值，分析较为直观。所以，一般都以NMOS为例去分析MOS集成电路的组成及工作原理。PMOS电路只是电压极性相反，分析的思路完全相同。一、NMOS管的开关作用N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构如图11-28(a)所示。该类场效应管以一块掺杂浓度较低、电阻率较高的P型硅半导体薄片作为衬底，利用扩散工艺制作两个高掺杂的N+区，然后在P型硅表面制作一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在二氧化硅的表面及两个N+区的表面上分别安置三个金属铝电极—栅极G(Gate)、源极S(Source)、漏极(Drain)，就成了N沟道MOS管。通常将衬底与源极接在一起使用。这样，栅极和衬底各相当于一个板极，中间是绝缘层，形成电容。当栅—源电压变化时，将改变衬底靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。SGD二氧化硅金属铝DDDN+N+GBGBGBP型硅衬底SSSB衬底引线(a)N沟道结构示意图(b)N沟道增强型(c)P沟道增强型(d)N沟道耗尽型图11-28绝缘栅场效应管的结构及符号由于栅极与源极、漏极均无电接触，故称“绝缘栅极”，图11-28(b)是N沟道增强型绝缘栅场效应管的代表符号，图11-28(c)是P沟道增强型绝缘栅场效