01、MOS管定義

MOS管的英文全稱是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金屬-氧化物半導體場效應管。是由多數載流子參與導電，也稱為單極型晶體管，屬于電壓控制電流型半導體器件，具有高輸入阻抗、低噪聲增益、切換速度快等優點，主要用作電子電路的開關控制與功率放大電路。

圖1：貼片MOS管

02、MOS管結構與分類

2.1、MOS管結構組成

MOS管是由金屬（Metal）、氧化物（Oxide）和半導體（Semiconductor）三部分組成，其中金屬部分被用作柵極（Gate）、氧化物部分被用作絕緣層（Gate Oxide）、半導體部分則被用作溝道（Chanel）和源漏極（Source/Drain）。

圖2：N溝道MOS管與P溝道MOS管結構    

柵極（Gate）柵極是MOS管的控制極，通過改變柵極電壓來來控制溝道的電流。當柵極為負壓時，溝道區域導通，電流可以通過；當柵極為正時，溝道區域截止，電流無法通過，柵極起到控制電流的作用。源極（Source）源極是MOS管的輸入端，可以接受正向偏置或反向偏置。當源極為正時，可以吸引溝道區域的電子；當源極為負極時，可以排斥溝道區域的空穴，源極起到控制溝通的作用。漏極（Drain）漏極是MOS管的輸出端，將溝道區域的電荷收集起來形成輸出電流，當漏極電壓為正時，溝道區域的載流子會推向漏極，形成導電通道；當漏極電壓為負極時，溝道區域的載流子會被排斥到漏極附近，形成絕緣層，漏極起到控制輸出電流的作用。

2.2、MOS管分類

根據導電溝道的不同，MOS管可分為NMOS(N溝道型）和PMOS(P溝道型）兩類；而根據材料分為耗盡型和增強型；兩者疊加組合，MOS管主要分為增強型PMOS管、增強型NMOS管、耗盡型PMOS管、耗盡型NMOS管。在實際應用中，以增強型NMOS和增強型PMOS為主，故通常提到NMOS管和PMOS管指的就是兩種。    

圖3：增強型MOS管電路符號

圖4：耗盡型MOS管電路符號

【重要知識點】增強型MOS管指的是MOS管并沒有加偏置電壓時，并沒有導電溝道，耗盡型則指的是MOS管并沒有加偏置電壓時，就會有導電溝道出現，在實際應用中，鑒于NMOS管的導通內阻小，且易于生產制造，NMOS管比PMOS管要更常見。

03、MOS工作原理

3.1、MOS管工作過程

建立導電溝道    當外加正向的柵源電壓VGS＞0時，在柵極下方的氧化層上出現上正下負的電場，電場將吸引P區中的自電電子，使其在氧化層下方聚集，同時會排斥P區中的空穴，使之離開該區域。VGS越大電場強度越大，當VGS達到開啟電壓VGS(VT)時，該區域聚集的自由電子濃度足夠大，而形成一個新的N型區域，就象一條溝道將漏極與源極連接起來，該區域就稱為N型導電溝道，簡稱N溝道。

圖5：N型溝道建立過程

建立漏極電流當溝道建立之后，如果漏極之間存在一定的驅動電壓VDS。當漏極電壓VDS出現之后，漏極電位高于源極，故VGS＞VGD，所以造成氧化層上的電場分布不均勻，靠近源極強度大，靠近漏極強度弱，相應的導電溝道也就隨之變化：靠近源極處寬，靠近漏極處窄。

圖6：MOS管工作原理

把開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓，用VTH表示，控制柵極電壓VGS的大小改變了電場的強弱，可以達到控制漏極電流ID的大小的目的，也是MOS管用電場來控制電流的重要特點，故稱場效應管。

3.2、MOS管工作階段

圖6：MOS管輸出特性曲線

截止區（夾斷區）

截止區也稱夾斷區，當VGS＜VTH時，MOS管導電溝道被夾斷，在夾斷區，電流的流動被有效地阻斷，從而實現MOS管的開關功能，夾斷區的形成是通過控制柵極電壓來實現的。

當柵極電壓低于MOS管的閥值電壓時，夾斷區處于截止狀態，MOS管的導電能力非常低，幾乎沒有電流流過，這種狀態，MOS管可以看作是一個開關斷開的狀態。

恒流區（飽和區）

當VDS＞VTH(即VGD＜VTH)時，MOS管進入恒流區，在此工作區內，VDS增大時，ID僅略微增大，可以將ID看作是受VGS控制的電流源，當MOS管做放大管使用時，工作在此區域。  

可變電阻區

當VDS＜VTH(即VGD＞VTH)時，MOS管工作在可變電阻區，在此工作區內，可通過改變VGS的大小來改變MOS管的導通電阻大小。

擊穿區

擊穿區位于圖中右邊的區域，隨著VDS的不斷增大，PN結因承受太大的反向電壓而擊穿，ID急劇增加，工作時應避免管子工作在擊穿區，轉移特性曲線可以從輸出特性曲線上用作圖方法求得。