場效應電晶體簡稱為MOS管

通常分為N型和P型兩種

在作為電子開關使用時

導通後相當於一個等效二極體

但壓降明顯要優於二極體

接近於0V

因此MOS的導通效率更高

MOS管跟三極體比較

主要有這些不同

MOS管是電壓型器件

在工作時只有少數載流子參與導電

三極體是電流型器件

在工作時多數載流子和少數載流子都參與導電

因此MOS管熱穩定性更好

在工藝上MOS管更易於整合

封裝形式也更多樣化

小的例如QFN、DFN

大的例如TO-263、TO-252等

MOS管的主要引數

IDSS 飽和漏源電流

VDS 夾斷電壓

VTS 開啟電壓

GM 跨導

IDSM 最大漏源電流

RDS 導通內阻

場效電晶體是一種利用電場效應來控制其電流大小的半導體器件。這種器件具有體積小、重量輕，耗電小，壽命長，輸入阻抗高，導通阻抗小。噪聲低，熱穩定性好，製造工藝簡單等優點。這使得場效電晶體的到廣泛的使用，特別是在大規模的積體電路中廣泛應用，我們常用的電子裝置的IC中包含了無數的場效電晶體。

當然場效電晶體最常用的功能是作為開關和放大作用。當然開關作用應用得最為廣泛，相對於三極體，場效電晶體的導通內阻小，損耗小，響應速度快，更受到工程師的喜愛。它常常被用於數位電路中開關可以表示0和1兩種狀態，場效電晶體導通為低，表示0，場效電晶體截止為高，表示1。比如用場效電晶體的開關作用做LED的亮滅控制、電機的正反轉、蜂鳴器的控制。比如用場效管的開關作用做各種開關電源，BUCK電路（降壓），Boost電路（升壓）。

以MOS場效電晶體為例，可以分為NMOS和PMOS，是一個電壓控制的電子開關，用處非常多，簡單舉例分析一下。

BLDC和逆變器都需要逆變，在逆變時需要用到MOS管，BLDC一般採用六個NMOS構成橋式電路，分別接電機的U,V,W三相，依次來驅動電機的運轉。

如上圖所示，就是常用的驅動電路，上下橋臂的兩個NMOS不同時導通，總共有六種導通方式。在選用NMOS時要考慮兩個主要引數：NMOS兩端的電壓和透過電流。除此之外，也可以選擇集成了六個NMOS的IPM模組來實現，可以減小PCB板的尺寸。

機械式的觸點在分斷時，會產生電弧，電流越大產生的電弧越大。所以在電弧比較敏感的的場合，固態繼電器SSR用的比較多。直流系統中，固態繼電器SSR的電子式觸點是用MOS管來實現，為了增大過電流能力，會將MOS管的裸片焊接在散熱基板上，再配合外接散熱片起到散熱作用。

為了避免因操作失誤將電源反接燒壞電路板，會考慮防電源接反電路。可以透過二極體來實現防反接，但是缺點是：

二極體壓降較大，對於低電壓系統不太實用；

二極體過電流能力小，對於大電流而言不合適；

MOS管可以實現防反接，以PMOS為例，將PMOS接在電源正端實現防反接，如下圖所示：

上圖工作原理如下：上電時MOS管的寄生二極體導通，電源、負載形成迴路，PMOS的源極S電位被鉗制在電源電壓減0.6V，而門極G接在電源負端，PMOS管導通，電流從D流向S。把二極體短路。如果接反的話，G極是高電平，PMOS管不導通。依次實現電路防反接。

NMOS防反接時用在低端。

需要用到電子開關、過電流比較大、耐壓比較大的場合，都可以用到MOS場效電晶體。

場效電晶體常以英文字母FET表示，是一種電壓正向控制的半導體器件，利用電場效應來控制輸出電流的大小，故稱作場效電晶體。其優點，輸入電阻高、功耗低、噪音小，且用途廣泛。根據場效電晶體的結構不同可分結型場效電晶體和絕緣柵型場效電晶體，結型場效電晶體導電溝道型別有P溝道和N溝道，絕緣柵場效管(MOSFET)也有這兩種型別，兩者的工作原理完全相同。

根據場效電晶體的工作特性，其工作區域有四個，分別是非飽和區、飽和區、截止區、擊穿區。

場效電晶體的用途

無觸點開關；此時場效電晶體工作在非飽和區，導電溝道暢通，漏(D)_源(S)之間呈線性電阻特性。因為此電阻大小與柵(G)_源(S)電壓大小有關，所以又把這個區域叫壓控電阻區。在低壓小電流工作時，可用做電壓控制的可變線性電阻和導通電阻很小的無觸點開關。

放大器；場效電晶體工作在飽和區，也叫恆流區。此時，場效電晶體的漏極電流不受柵(G)_源(S)的電壓控制，而且與漏(D)_源(S)電壓大小基本無關，呈現恆流特性，因此可以把場效電晶體作放大器使用。

開關電路；此時場效電晶體工作在截止區。當漏(D)_源(S)電壓大於零且柵(G)_源(S)電壓又小於場效電晶體的夾斷電壓U(GS)時，此時場效電晶體進入截止狀態，漏(D)_源(S)極處於開路狀態，因此多用於開關電路中。

場效電晶體在工作時避免進入擊穿區，當漏(D)_源(S)的電壓過大時，此時場效電晶體的PN接面反偏過大，極有可能出現反向擊穿現象，則進入擊穿區。

結型場效電晶體的示意圖和符號絕緣柵型場效電晶體的示意圖和符號

場效電晶體的用途非常廣泛，現在一些大規模積體電路中都是採用的mos管，即場效電晶體，基本功能和BJT三極體一樣都是開關和放大，BJT三極體可以使用的地方，基本上它都能用，並且在有些地方表現要比三極體更加出色。

場效電晶體和BJT三極體雖同為半導體放大器件，卻比三極體有很多優點，比如輸入電阻很高，對訊號源幾乎不取電流，這很有利於輸入訊號的穩定，是作為輸入級放大的理想器件，並且還有噪聲低，溫度穩定性好等優點，常常用於音訊放大電路的前置放大器，但由於它是一種電壓控制電流器件，由柵源之間的電壓控制漏極電流，放大係數低頻跨導一般不大，所以放大能力較差。

場效電晶體作為電子開關使用時，由於只靠多子導電，不存在如BJT三極體因基極電流引起的電荷儲存效應，所以MOS管的開關速度要比三極體快，作為開關管經常用於高頻大電流場合，比如開關電源中用到的MOS管就是工作在高頻大電流狀態。

場效電晶體開關和BJT三極體開關相比可以在很小的電壓和電流下工作，更容易整合在矽片上，所以在大規模積體電路中有很廣泛的應用。

場效電晶體是電壓控制與驅動的電晶體，與電流控制的曾通電晶體比起來有效率高損耗小失真度小接近線性特性。

場效電晶體分為結式場效電晶體與絕緣柵場效電晶體兩種，絕緣柵場式又分為NMSO式與CMSO式兩種。

在安裝焊接場效電晶體時一定要採取防靜電措施，否則人體所帶靜電會擊穿損壞場效電晶體。

我看大家說的都挺好的，我就來說一說我工作中最經常能接觸到的一類場效電晶體吧。這種場效電晶體是應用在廣播電視領域中的，是電視發射機中射頻放大器的最主要核心，價格比較昂貴，操作過程也要求十分嚴格。

我們一般都叫它功放管，當然今天我說的是眾多型號中的一種，MRF6VP3450H，全新的價格大概在800到1000元一支。

這是使用過的舊管子，它工作在分米波段，470~860MHz，工作電壓為50V，靜態電流1.4A，額定數字功率90W，功率增益22.5dBm。

這是新的功放管，都是這種防靜電膜的包裝。無論是拾取、安裝、焊接還是通電操作的過程都要嚴格的按照操作流程來做，注意好防靜電的工藝。

整個操作過程的操作人員都要佩戴防靜電手環，拾取和安裝的過程不能直接用手觸控功放管的源極和柵極，必須使用絕緣的鑷子。

由於功放管工作的過程中所產生的熱量較大，所以整個放大器必須安裝在散熱底臺上，那麼功放管在安裝之前就需要在基極的銅底板上塗上一層薄薄的矽油或矽脂，以保證接觸面貼合使散熱良好。焊接的過程更是要保證操作檯和電烙鐵的接地良好，最好是加熱後拔掉烙鐵的電源插頭，以免烙鐵漏電擊穿場效電晶體。

通電除錯的過程更是要小心謹慎，安裝好其它元件的功放盤要先上電檢查，確認電路基本無誤後，將柵極電壓調整至最小。安裝功放管之後，通電之前要確保輸出端接好負載，最好接上網路分析儀，以便隨時觀察增益曲線的變化。然後緩緩調整加大柵極電壓，直至柵極電流達到1.4A為止。

之後再透過功率測試，測量和記錄好各項指標之後才能安裝到整機上。

場效電晶體主要有結型場效電晶體（JFET）、MOS兩大類，當然個人認為IGBT也可歸為場效電晶體。

其中JFET比較冷門，但並不是說它就一無是處。JFET因其低噪聲的優勢，常常作為運放的輸入級。比如我們常用的運放TL084就是JFET作為輸入差分對的運放。當然，現在TL084的引數指標在同類運放中已經平淡無奇。

圖1 TL084的原理圖簡圖

IGBT結合了MOS和BJT的優點，但主要用於高壓大電流下功率開關。比如高鐵上的變流器就有IGBT整流模組。從圖2和圖3可以看出IGBT與功率MOS在結構上是很相似的，最大的區別在於IGBT在N型漂移區下有一層重摻雜的P型襯底作為IGBT的集電極（這是對N溝道器件而言，對P溝道器件則要反一下）。

圖2 N溝道功率IGBT結構示意圖

圖3 N溝道功率MOS管結構示意圖

接下來就重點講MOS管了。在當前電子科技中，MOS管可謂無處不在，可以說MOSFET技術是當前半導體工業的基石，尤其是CMOS。在積體電路中，尤其是數字積體電路，如CPU、FPGA、DRAM等等，絕大多數，注意是絕大多數積體電路使用的是CMOS工藝。所謂的CMOSFET，即互補金氧半導體場效電晶體（Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），即晶片上既有NMOS又有PMOS電晶體的半導體工藝。我們可以看一個最簡單的數字電路里的CMOS反相器

圖4 CMOS反相器原理圖

圖5 CMOS反相器結構示意圖

從圖5中可以看到，PMOS是做在一個N阱中。CMOS工藝是一種平面工藝，與圖2所示的功率MOS的垂直工藝是不同的。早期還有NMOS工藝，即晶片上只有NMOS，而圖4中PMOS的位置只是一個電阻，這樣工藝更簡單。但由於電阻的存在，導致NMOS工藝功耗大，開關頻率低。

當今半導體業界，如臺積電、三星、intel和中芯國際等的12英寸線大部分都是CMOS工藝。MOS工藝佔如此高的比例，自然有它的優勢，只不過優勢不在單管效能上。

1. MOS工藝簡單，需要的掩膜（Mask）層數少，這樣就使得成大為降低；

2. 幾乎無柵極電流，功耗更小；

3. 相比Bipolar電晶體基極輸入到發射極有一個的二極體，CMOS工藝柵極輸入無二極體反向恢復時間的問題，開關頻率可以更高；

4. 更容易驅動，顯然圖4中的NMOS和PMOS是不能簡單地用BJT NPN和PNP三極體代替的。

在積體電路領域，遵循摩爾定律演進的半導體工藝就是CMOS工藝。那麼除了上述優點，MOS管是否還有其他優點？在開關電源領域，現在除了高壓高電流下的IGBT，幾乎全部是用MOS管來做開關。任意選一個開關電源方案，Sprinter的LT8610，這是一個集成了內部開關的控制器，見圖6

圖6 LT8610開關電源轉換器

可以看到，作為一個Bulk式開關電源，在圖6中並沒有看到肖特基二極體，這是因為LT8610是一個同步整流控制器，用一個MOSFET取代了肖特基二極體，以提高電源效率。

再來看它的內部框圖

圖7 LT8610內部框圖

可以看到LT8610內部集成了兩個MOS管，其中M1是Bulk開關管，而M2是同步整流管。用MOS做同步整流管是因為MOS管是單載流子器件，即在MOS管開通後，NMOS管溝道中只有電子參與導電，而PMOS溝道中只有空穴參與導電，因此對於NMOS電流既可以從漏極流到源極，也可以從源極流到漏極。其次，由於是單載流子導電器件，MOS管導通後，源漏之間沒有飽和壓降，只有一個幾mΩ到幾十mΩ的電阻，也沒有二極體反向恢復時間的問題。能夠取得比用肖特基二極體更低的功率消耗。

最後再補充一點：LT8610中，兩個MOS都是N型的，為了使上管M1能充分驅動，需要用到自舉電容（圖6中SW和BST之間的100nF的電容）

場效電晶體是電壓控制型的半導體控制器件

場效電晶體具有輸入阻抗大、導通內阻小、功耗低、噪聲小、動態工作範圍大等的優點。很多三極體無法驅動的負載，都可以用場效電晶體來驅動。我們常常用場效電晶體來設計各種直流負載的驅動電路。無刷直流電機驅動、開關電源電路、防反接電路等等都可以見到場效電晶體的身影。場效電晶體分N溝道和P溝道兩種

為了防止使用者接反正、負極燒壞產品，我們可以用P溝道的場效電晶體來設計一個防反接的電路。當正、負極接反後，P溝道的場效電晶體截止，後端應用電路不工作。

場效電晶體導通內阻非常小，工作電流較大，可以用6個N溝道場效電晶體來組成無刷直流電機驅動電路。

在電感式升壓電路用，PWM控制器根據輸出電壓的要求，控制場效電晶體的高速開關，實現後端電壓的穩定。

在充電寶的充電和放電控制也會用到場效電晶體。主控晶片會檢測介面接入的是充電器還是手機，控制場效電晶體導通，對手機進行充電，或者對充電寶內建的鋰電池進行充電。

場效電晶體與我們經常見到的三極體在用途上有很多相似之處，而在控制原理上確有很大不同。我們知道三極體是電流控制型的器件而場效電晶體是電壓控制型器件，說的明確一些，場效電晶體實質上是用電場效應來對電流大小進行控制的，這一點是有別於三極體的。

下面我就對場效電晶體在電路中的用途和大家交流一下。

場效電晶體有許多三極體所不具備的優點，這為它在大規模積體電路中的應用拓展了範圍。比如耗電小、體積小、輸入阻抗高且噪聲低、熱穩定好且製造簡單等很多優點。鑑於以上優點在大規模積體電路中應用了很多場效電晶體。

我們知道當場效應管滿足一定條件時，它會工作於輸出特性的恆流區，如果我們能夠保持Ugs是一個常數，那麼輸出的電流ID也就是一個定值。這時候場效電晶體就相當於一個恆流源，如下圖所示的那樣。

場效電晶體與三極體一樣也可以組成放大電路，只要有合適的柵極電壓就可以了；再一個作用就是藉助了場效電晶體的輸入阻抗極高的特點，常常作為放大電路的輸入級，輸出常用三極體，可以構成高阻抗管混合跟隨器，這種電路組成的混合跟隨器其效能非常優良。

我們常見的駐極體電容式話筒內部採用的放大器就是一個結型場效電晶體。比如在錄音機中為了使駐極體話筒與錄音機的輸入阻抗匹配，就在話筒內裝一個場效電晶體源極輸出器進行阻抗變換，從而滿足阻抗匹配的要求。

在開關電源中，要用到場效電晶體作為開關管、作為振盪電路用，所產生的脈衝送給脈衝變壓器。脈衝變壓器次級輸出脈衝電壓，然後透過整流輸出穩定的直流電供給負載用；另外在計算機主機板的CPU電源管理晶片也用了場效電晶體，它在電源管理晶片脈衝訊號的作用下，不斷地導通與截止，把電能儲存在電感中，最後供給負載用電。

簡單點說，在電路中，場效電晶體類似於一個水流閥門。場效電晶體上有三個極：柵極，源極，漏極。對應到水閥上就是 控制閥（柵極），進水口（源極），出水口（漏極）。

對於數位電路而言，場效電晶體的通斷就類似水流的通斷。是否有水流就對應著邏輯0和邏輯1。

對於類比電路而言，場效電晶體可以提供放大器的作用。就類似於用很小的力透過水流控制閥可以控制很大的水流。控制的力度大了，水閥就開啟的大，出來的水流就大。控制的力度小了，水閥開啟程度會變小，出來的水流就小了。這樣就起到了放大作用。