本文将介绍功率MOSFET(场效应管)的结构、作业原理及底子作业电路。
什么是MOSFET(场效应管)
“MOSFET(场效应管)”是英文MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor的缩写，译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物(SiO2或SiN)及半导体三种资料制成的器材。所谓功率MOSFET(场效应管)(Power MOSFET(场效应管))是指它能输出较大的作业电流(几安到几十安)，用于功率输出级的器材。
MOSFET(场效应管)的结构
图1是典型平面N沟道增强型MOSFET(场效应管) 的剖面图。它用一块P型硅半导体资料作衬底(图la)，在其面上扩散了两个N型区(图lb)，再在上面掩盖一层二氧化硅(SiQ2)绝缘层(图lc)，最 后在N区上方用腐蚀的办法做成两个孔，用金属化的办法分别在绝缘层上及两个孔内做成三个电极：G(栅极)、S(源极)及D(漏极)，如图1d所示。
从图1中能够看出栅极G与漏极D及源极S是绝缘的，D与S之间有两个PN结。一般状况下，衬底与源极在内部衔接在一同。
图1是N沟道增强型MOSFET(场效应管)的底子结构图。为了改进某些参数的特性，如前进作业电流、前进作业电压、下降导通电阻、前进开关特性等有 不同的结构及工艺，构成所谓VMOS、DMOS、TMOS等结构。图2是一种N沟道增强型功率MOSFET(场效应管)的结构图。虽然有不同的结构，但其 作业原理是相同的，这儿就不逐个介绍了。
MOSFET(场效应管)的作业原理
要使增强型N沟道MOSFET(场效应管)作业，要在G、S之间加正电压VGS及在D、S之间加正电压VDS，则发生正向作业电流ID。改动VGS的电压可操控作业电流ID。如图3所示（上面↑）。
若先不接VGS(即VGS＝0)，在D与S极之间加一正电压VDS，漏极D与衬底之间的PN结处于反向，因而漏源之间不能导电。如果在栅极G与源极S之间加一电压VGS。此刻能够将栅极与衬底看作电容器的两个极板，而氧化物绝缘层作为电容器的介质。当加上VGS时，在绝缘层和栅极界面上感应出正电荷，而在绝缘层和P型衬底界面上感应出负电荷(如图3)。这层感应的负电荷和P型衬底中的大都载流子(空穴)的极性相反，所以称为“反型层”，这反型层有可能将漏与源的两N型区衔接起来构成导电沟道。当VGS电压太低时，感应出来的负电荷较少，它将被P型衬底中的空穴中和，因而在这种状况时，漏源之间依然无电流ID。当VGS添加到必定值时，其感应的负电荷把两个别离的N区沟通构成N沟道，这个临界电压称为敞开电压(或称阈值电压、门限电压)，用符号VT表明(一般规定在ID＝10uA时的VGS作为VT)。当VGS持续增大，负电荷添加，导电沟道扩展，电阻下降，ID也随之添加，而且呈较好线性关系，如图4所示。此曲线称为转化特性。因而在必定规模内能够以为，改动VGS来操控漏源之间的电阻，到达操控ID的效果。
由于这种结构在VGS＝0时，ID＝0，称这种MOSFET(场效应管)为增强型。另一类MOSFET(场效应管)，在VGS＝0时也有必定的ID(称为IDSS)，这种MOSFET(场效应管)称为耗尽型。它的结构如图5所示，它的搬运特性如图6所示。VP为夹断电压(ID＝0)。
耗尽型与增强型首要区别是在制造SiO2绝缘层中有很多的正离子，使在P型衬底的界面上感应出较多的负电荷，即在两个N型区中心的P型硅内构成一N型硅薄层而构成一导电沟道，所以在VGS＝0时，有VDS效果时也有必定的ID(IDSS)；当VGS有电压时(能够是正电压或负电压)，改动感应的负电荷数量，然后改动ID的巨细。VP为ID＝0时的-VGS，称为夹断电压。
除了上述选用P型硅作衬底构成N型导电沟道的N沟道MOSFET(场效应管)外，也可用N型硅作衬底构成P型导电沟道的P沟道MOSFET(场效应管)。这样，MOSFET(场效应管)的分类如图7所示。
耗尽型：N沟道(图7a)；P沟道(图c)；
增强型：N沟道（图b)；P沟道(图d)。
为避免MOSFET(场效应管)接电感负载时，在截止瞬间发生感应电压与电源电压之和击穿MOSFET(场效应管)，一般功率MOSFET(场效应管)在漏极与源极之间内接一个快速康复二极管，如图8所示。
功率MOSFET(场效应管)的特色
功率MOSFET(场效应管)与双极型功率比较具有如下特色：
- MOSFET(场效应管)是电压操控型器材(双极型是电流操控型器材)，因而在驱动大电流时无需推进级，电路较简略；
- 输入阻抗高，可达108Ω以上；
- 作业频率规模宽，开关速度高(开关时间为几十纳秒到几百纳秒)，开关损耗小；
- 有较优秀的线性区，而且MOSFET(场效应管)的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的沟通输入阻抗极高；噪声也小，最合适制造Hi-Fi音响；
- 功率MOSFET(场效应管)能够多个并联运用，添加输出电流而无需均流电阻。
功率MOSFET(场效应管)典型使用电路
1．电池反接维护电路
电池反接维护电路如图9所示。一般避免电池接反损坏电路选用串接二极管的办法，在电池接反时，PN结反接无电压降，但在正常工 作时有0.6～0.7V的管压降。选用导通电阻低的增强型N沟道MOSFET(场效应管)具有极小的管压降(RDS(ON)×ID)，如Si9410DY的RDS(ON）约为0.04Ω，则在lA时约为0.04V。这时要注意在电池正确装置时，ID并非彻底经过管内的二极管，而是在VGS≥5V时，N导电沟道疏通(它相当于一个极小的电阻)而大部分电流是从S流向D的(ID为负)。而当电池装反时，MOSFET(场效应管)不通，电路得以维护。
2．接触调光电路
一种简略的接触调光电路如图10。当手指接触上触头时，电容经手指电阻及100k充电，VGS渐增大，灯渐亮；当接触下触头时，%&&&&&%经100k及手指电阻放电，灯渐暗到灭。
3．甲类功率放大电路
由R1、R2树立VGS静态作业点(此刻有必定的ID流过)。当音频信号经过C1耦合到栅极，使发生-△VGS，则发生较大的△ID，经输出变压器阻抗匹配，使4～8Ω喇叭输出较大的声功率。图ll中Dw为9V稳压二极管，是维护G、S极避免输入过高电压而击穿。从图中也能够看出，偏置电阻的数值较大，由于栅极输入阻抗极高，而且无栅流。
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