模电学习9. MOS管使用入门

一、mos管理简介

1. 简介

MOS管，全称为金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor），是一种常用的半导体器件。它是由一条金属电极、一个绝缘层和一个半导体晶体组成的。

MOS管的工作原理是利用半导体中N型或P型区域的导电性质来控制电流的流动。在MOS管的绝缘层上面，放置了一块金属电极，形成了一个电场，当施加一个外加电压到金属电极上时，电场会影响绝缘层下面的半导体区域，改变该区域的导电性质，从而控制电流的流动。

2. mos管理的特点

MOS管有以下几个特点：

• 高输入电阻：MOS管的输入电阻非常高，可以达到很大的数值，这使得MOS管可以被用作高阻抗放大器。
• 低噪声：由于MOS管的输入电阻很高，所以它的噪声也很低，这使得MOS管可以被用作低噪声放大器。
• 低功耗：由于MOS管只需要非常小的电流来控制电流的流动，因此MOS管的功耗非常低。
• 快速响应：MOS管的响应速度非常快，可以达到几百兆赫的频率。

MOS管广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、电视机、音响等等。

3. MOS管的工作状态

（1）放大功能

当MOSFET的门极电压（VGS）超过门极-源极电压（VGS(th)）时，MOSFET进入放大区。在放大区，MOSFET的漏极电流（ID）随着VDS的增加而增加，但是增长速度比饱和区慢。这意味着MOSFET在放大区时可以作为放大器使用。

（2）截止区

当MOSFET的VGS低于门阈电压（VGS(th)）时，MOSFET进入截止区。在截止区，MOSFET的漏极电流非常小，几乎可以忽略不计，因此可以将其视为完全关闭的状态。

（3）饱和区

当MOSFET的VGS超过VGS(th)时，并且VDS也足够大时，MOSFET进入饱和区。在饱和区，MOSFET的漏极电流达到一个最大值，并且漏极电流不再随着VDS的增加而增加。因此，MOSFET在饱和区时可以作为一个开关使用。

3. Mos管的分类

根据MOSFET的工作模式、结构特点、功率范围等不同，可以将MOSFET分为多种不同类型。以下是一些常见的MOSFET分类：

（1）按照工作模式分类：

• 恒压型MOSFET：在恒定的VGS下，通过调节VDS可以控制MOSFET的漏极电流ID。常用于放大和调节电路等。
• 恒流型MOSFET：在恒定的VDS下，通过调节VGS可以控制MOSFET的漏极电流ID。常用于开关电路等。

（2）按照结构特点分类：

• 通道型MOSFET：N型或P型的掺杂区间为一个连续的导电通道，可通过在门电极上加正向或负向电压来控制电荷的通道大小，从而控制电流。常用于放大和开关电路等。
• 压控型MOSFET：N型或P型的掺杂区间被分成多个单元，形成一个PN结，通过控制结区的电压，改变电荷区的深度和宽度，从而控制电流。常用于高压和功率电路等。

（3） 按照功率范围分类：

• 小功率MOSFET：主要应用于逻辑电路、放大器等小功率应用领域。
• 中功率MOSFET：主要应用于直流-直流转换器、电源管理、汽车电子等中功率应用领域。
• 大功率MOSFET：主要应用于高压直流输电、医疗设备、工控系统等大功率应用领域。
  需要注意的是，MOSFET的分类不是绝对的，不同类型的MOSFET在不同的应用场景下也会有重叠和交叉。因此，在选择和应用MOSFET时，需要结合具体的设计需求和应用条件，综合考虑各种因素，以选择最合适的器件。

4. MOS管的开关控制

当G-S有正压差时，D-S导通。导通后，即使去掉G极电压，D-S仍可以维持导通。
让G接地，D-S截止。

二、开关实验仿真测试

1. 实验MOS管

采用MOS管为： BSS123
BSS123为N沟道逻辑电平增强型场效应晶体管，SOT-23封装.这一产品设计以最小化通导电阻，同时提供坚固耐用，可靠并高速的开关性能，因此BSS123适合低电压，低电流应用，如小型伺服电机控制，功率MOSFET栅极驱动器和其它开关应用.

• 漏极至源极电压:100V
• 栅-源电压：±20V
• 低通导电阻:1.2ohm，Vgs 10V
• 连续漏电流:170mA
• 最大功率耗散:360mW
• 工作结温范围:-55°C至150°C
• 应用：电源管理，工业，便携式器材，消费电子产品

2. G极无电压

这时MOS管处于截止状态。

3. G极设置电压

这时MOS管处理饱和状态。

3. 使用方波控制

输出波形：

这里输入0-6V正弦波，可以看到当输入正电压时，MOS管导通；当输入0伏时，MOS管截止。
当放大波形时，可以看到MOS管的导通过程。

三、信号放大电路示例

下面电路中MOS管工作在放大状态，输入的正弦波信号，可以放大后输出。
其中 ：

• R22：用来给MOS管提供基础电压，也可以给电容C13用来放电。
• C13：用来接输入信号，输入信号会叠加在MOS管的G级上。
  
  仿真波形图：这里示波器是反向接的，放大后的信号也显示出负极。