01、MOS管定义

MOS管的英文全称是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即金属-氧化物半导体场效应管。是由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管，属于电压控制电流型半导体器件，具有高输入阻抗、低噪声增益、切换速度快等优点，主要用作电子电路的开关控制与功率放大电路。

图1：贴片MOS管

02、MOS管结构与分类

2.1、MOS管结构组成

MOS管是由金属（Metal）、氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）三部分组成，其中金属部分被用作栅极（Gate）、氧化物部分被用作绝缘层（Gate Oxide）、半导体部分则被用作沟道（Chanel）和源漏极（Source/Drain）。

图2：N沟道MOS管与P沟道MOS管结构    

栅极（Gate）栅极是MOS管的控制极，通过改变栅极电压来来控制沟道的电流。当栅极为负压时，沟道区域导通，电流可以通过；当栅极为正时，沟道区域截止，电流无法通过，栅极起到控制电流的作用。源极（Source）源极是MOS管的输入端，可以接受正向偏置或反向偏置。当源极为正时，可以吸引沟道区域的电子；当源极为负极时，可以排斥沟道区域的空穴，源极起到控制沟通的作用。漏极（Drain）漏极是MOS管的输出端，将沟道区域的电荷收集起来形成输出电流，当漏极电压为正时，沟道区域的载流子会推向漏极，形成导电通道；当漏极电压为负极时，沟道区域的载流子会被排斥到漏极附近，形成绝缘层，漏极起到控制输出电流的作用。

2.2、MOS管分类

根据导电沟道的不同，MOS管可分为NMOS(N沟道型）和PMOS(P沟道型）两类；而根据材料分为耗尽型和增强型；两者叠加组合，MOS管主要分为增强型PMOS管、增强型NMOS管、耗尽型PMOS管、耗尽型NMOS管。在实际应用中，以增强型NMOS和增强型PMOS为主，故通常提到NMOS管和PMOS管指的就是两种。    

图3：增强型MOS管电路符号

图4：耗尽型MOS管电路符号

【重要知识点】增强型MOS管指的是MOS管并没有加偏置电压时，并没有导电沟道，耗尽型则指的是MOS管并没有加偏置电压时，就会有导电沟道出现，在实际应用中，鉴于NMOS管的导通内阻小，且易于生产制造，NMOS管比PMOS管要更常见。

03、MOS工作原理

3.1、MOS管工作过程

建立导电沟道    当外加正向的栅源电压VGS＞0时，在栅极下方的氧化层上出现上正下负的电场，电场将吸引P区中的自电电子，使其在氧化层下方聚集，同时会排斥P区中的空穴，使之离开该区域。VGS越大电场强度越大，当VGS达到开启电压VGS(VT)时，该区域聚集的自由电子浓度足够大，而形成一个新的N型区域，就象一条沟道将漏极与源极连接起来，该区域就称为N型导电沟道，简称N沟道。

图5：N型沟道建立过程

建立漏极电流当沟道建立之后，如果漏极之间存在一定的驱动电压VDS。当漏极电压VDS出现之后，漏极电位高于源极，故VGS＞VGD，所以造成氧化层上的电场分布不均匀，靠近源极强度大，靠近漏极强度弱，相应的导电沟道也就随之变化：靠近源极处宽，靠近漏极处窄。

图6：MOS管工作原理

把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，用VTH表示，控制栅极电压VGS的大小改变了电场的强弱，可以达到控制漏极电流ID的大小的目的，也是MOS管用电场来控制电流的重要特点，故称场效应管。

3.2、MOS管工作阶段

图6：MOS管输出特性曲线

截止区（夹断区）

截止区也称夹断区，当VGS＜VTH时，MOS管导电沟道被夹断，在夹断区，电流的流动被有效地阻断，从而实现MOS管的开关功能，夹断区的形成是通过控制栅极电压来实现的。

当栅极电压低于MOS管的阀值电压时，夹断区处于截止状态，MOS管的导电能力非常低，几乎没有电流流过，这种状态，MOS管可以看作是一个开关断开的状态。

恒流区（饱和区）

当VDS＞VTH(即VGD＜VTH)时，MOS管进入恒流区，在此工作区内，VDS增大时，ID仅略微增大，可以将ID看作是受VGS控制的电流源，当MOS管做放大管使用时，工作在此区域。  

可变电阻区

当VDS＜VTH(即VGD＞VTH)时，MOS管工作在可变电阻区，在此工作区内，可通过改变VGS的大小来改变MOS管的导通电阻大小。

击穿区

击穿区位于图中右边的区域，随着VDS的不断增大，PN结因承受太大的反向电压而击穿，ID急剧增加，工作时应避免管子工作在击穿区，转移特性曲线可以从输出特性曲线上用作图方法求得。