MOS管工作原理，就是這么簡單

MOS管，中文全稱是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。你可以把它想象成一個(gè)由電壓控制的水龍頭（電子開關(guān)）。

三個(gè)引腳：

源極（S）：好比是進(jìn)水口。

漏極（D）：好比是出水口。

柵極（G）：好比是水龍頭的閥門旋鈕。

這個(gè)“水龍頭”控制的對象不是水流，而是電流。你通過旋轉(zhuǎn)閥門（給柵極施加電壓）來控制水管中水流（源極和漏極之間的電流）的通斷和大小。

二、核心結(jié)構(gòu)：關(guān)鍵就在那個(gè)“夾心餅”

我們以最常見的N溝道增強(qiáng)型MOS管為例，它的結(jié)構(gòu)可以看作一個(gè)“夾心餅”：

襯底（P型半導(dǎo)體）：底座，可以想象成一塊“地基”。

兩個(gè)“島嶼”（N型半導(dǎo)體）：在地基上挖了兩個(gè)“坑”，里面填上不同的“材料”，分別引出源極（S） 和漏極（D）。

絕緣層（SiO?氧化物）：在源極和漏極之間的區(qū)域，鋪上了一層超級薄的玻璃（二氧化硅）。這層玻璃是絕緣的，所以正常情況下，柵極和下面的“地基”是不導(dǎo)通的。

柵極（G，金屬）：在絕緣層上面，蓋上一個(gè)金屬板作為控制板。

這個(gè)“金屬(G)-氧化物(絕緣層)-半導(dǎo)體(襯底)”的結(jié)構(gòu)，就是MOS管名字的由來。三、工作原理：神奇的“感生通道”

MOS管工作的精髓，就在于柵極電壓是如何在源極和漏極之間“變出”一條導(dǎo)電通道的。

狀態(tài)一：柵極不加電壓（Vgs = 0）

此時(shí)，源極（N區(qū)）和漏極（N區(qū)）之間被P型襯底隔開，相當(dāng)于兩個(gè)背對背的二極管。

所以，源極和漏極之間是不導(dǎo)通的，相當(dāng)于開關(guān)斷開。無論你怎么在D和S之間加電壓，都沒有電流流過（忽略微小的漏電流）。

狀態(tài)二：柵極加正電壓（Vgs > 閾值電壓 Vth）

這是魔法發(fā)生的地方：

吸引電子：當(dāng)你在柵極（G）加上一個(gè)正電壓，它就像一塊“磁鐵”，開始吸引P型襯底中的帶負(fù)電的自由電子。

形成溝道：隨著柵極電壓不斷升高，被吸引到絕緣層下方的電子越來越多。當(dāng)電壓超過某一個(gè)臨界值（閾值電壓 Vth）時(shí)，這個(gè)區(qū)域的電子濃度會超過空穴，從P型轉(zhuǎn)變?yōu)镹型！

接通電路：這個(gè)感生出來的N型區(qū)，就像一座橋梁，將源極（N區(qū)）和漏極（N區(qū)）連接了起來。這個(gè)橋梁就是 “N溝道”。

此時(shí)，如果在源極（S）和漏極（D）之間加上電壓，就會有顯著的電流（Id）從漏極流向源極。相當(dāng)于開關(guān)閉合。

四、核心要點(diǎn)總結(jié)

電壓控制：MOS管是電壓控制型器件。柵極幾乎不取電流（只會有瞬間的充電電流），靠柵極電壓（Vgs） 來控制源漏之間的通斷。這是它與三極管（電流控制）的根本區(qū)別。

絕緣柵極：因?yàn)橛薪^緣層的存在，柵極是絕緣的，輸入阻抗極高。

閾值電壓（Vth）：這是MOS管的“開啟壓力”。只有當(dāng)柵極電壓高過這個(gè)值時(shí)，管子才會導(dǎo)通。

分類：上面我們講的是N溝道增強(qiáng)型MOS管，也是最常用的一種。根據(jù)溝道類型和默認(rèn)狀態(tài)，還有：

N溝道：主電流（Id）從D流向S，導(dǎo)通時(shí)G需要加正電壓。

P溝道：主電流（Id）從S流向D，導(dǎo)通時(shí)G需要加負(fù)電壓。

增強(qiáng)型：默認(rèn)斷開，Vgs=0時(shí)無溝道，需要加電壓才能“增強(qiáng)”出溝道。

耗盡型：默認(rèn)導(dǎo)通，Vgs=0時(shí)就有溝道，需要加電壓才能“耗盡”溝道使其關(guān)閉（較少用）。

實(shí)際應(yīng)用中的靈魂畫作

對于電子工程師來說，在分析電路時(shí)，腦海里更常用的是下面這張“靈魂畫作”來理解MOS管：

寄生二極管：在實(shí)際的MOS管中，由于生產(chǎn)工藝，會存在一個(gè)寄生二極管（或稱體二極管）反向并聯(lián)在D和S之間。

導(dǎo)通特性：對于N-MOS，當(dāng) Vgs > Vth 時(shí)，D和S之間可以雙向?qū)ǎ娏骷瓤梢詮腄到S，也可以從S到D。但在多數(shù)開關(guān)電路中，我們利用的是從D到S的電流方向。

希望這個(gè)從“水龍頭”到“感生溝道”的解釋，能讓你覺得 MOS管的工作原理，就是這么簡單！