功率场效应晶体管(MOSFET)的工作原理、特性及主要参数.pdfVIP

功率场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性及主要参

数

功率场效应晶体管（PowerMetalOxideSemiconductorFieldEffect

Transistor，MOSFET）。其特点是：属于电压型全控器件、栅极静态

内阻极高（109Ω）、驱动功率很小、工作频率高、热稳定性好、无二

次击穿、安全工作区宽等；但MOSFET的电流容量小、耐压低、功率

不易做得过大，常用于中、小功率开关电路中。

MOSFET的结构和工作原理

1.MOSFET的结构

MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。

小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在

芯片的同一侧。而MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极与小

功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。

MOSFET的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间

就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电

沟道的称为增强型。

MOSFET的电气符号如图1所示，图1（a）表示N沟道MOSFET，电子

流出源极；图1（b）表示P沟道MOSFET，空穴流出源极。

从结构上看，MOSFET还含有一个由S极下的P区和D极下的N区形

成的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是MOSFET的S极和

D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使MOSFET无反向阻断能力。

图1中所示的虚线部分为寄生二极管。

图1MOSFET的电气符号

2.MOSFET的工作原理

（1）当栅源电压uGS=0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，

不可能出现反型层，无法沟通漏源极。此时，即使在漏源极之间施加

电压，MOS管也不会导通。MOSFET结构示意图如图2（a）所示。

图2MOSFET结构示意图

（2）当栅源电压uGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现

耗尽状态，还是无法沟通漏源极，此时MOS管仍保持关断状态，如图

2（b）所示。

（3）当栅源电压uGS达到或超过一定值时，栅极下面的硅表面从P

型反型成N型，形成N型沟道把源区和漏区联系起来，从而把漏源极

沟通，使MOS管进入导通状态，如图2（c）所示。

MOSFET的特性

1.转移特性

转移特性是指MOSFET的输入栅源电压uGS与输出漏极电流iD之间的

关系，如图3所示，当uGSUGS（th）时，iD近近似为零；当uGSUGS

（th）时，随着uGS的增大，iD也越大。当iD较大时，iD与uGS的

关系近似为线性，曲线的斜率被定义为跨导gm，则有

gm=diD/duGS

图3MOSFET的转移特性和输出特性

2.输出特性

输出特性是指以栅源电压uGS一定时，漏极电流iD与漏源电压uDS

之间关系的曲线族，如图3（b）所示，MOSFET有3个工作区。

（1）截止区：uGS≤UGS（th），iD=0，这和电力晶体管的截止区相对

应。

（2）饱和区：uGSUGS（th），uDS≥uGS-UGS（th），当uGS不变时，

iD几乎不随uDS的增加而增加，近似为一个常数，故称为饱和区。

这里的饱和区并不和电力晶体管的饱和区对应，而对应于后者的放大

区。当用于线性放大时，MOSFET工作在该区。

（3）非饱和区uGSUGS（th），uDSuGS-UGS（th），漏源电压uDS和

漏极电流iD之比近似为常数。该区对应于电力晶体管的饱和区，当

MOSFET做开关应用而导通时即工作在该区。

3.开关特性

MOSFET的开关时间很短，影响开关速度的主要因素是器件的极间电

容。MOSFET的开关特性曲线如图4所示。

图4中，up为驱动信号，uGS为栅源电压，iD为漏极电流。当up信

号到来时，栅极输入电容Cm有一个充电过程，使栅极电压uGS只能

按指数规律增长。当uGS=UGS（th）时，开始形成导电沟道，出现漏

极电流iD，这段时间称为开通延迟时间td。以后uGS继续按指数规

律增长，iD也随之增长，