电力电子开关元件，如BJT，场效应晶体管，IGBT，可控硅，leyu.app 等是许多电路设计中使用的基本器件，从简单的驱动电路到复杂的功率整流器和逆变器。其中最基本的就是BJT，我们已经学过了BJT晶体管的工作原理．除BJT外，广泛使用的电源开关是mosfet。与BJT相比，MOSFET可以处理高电压和大电流，因此在高功率应用中很受欢迎。在本文中，我们将学习MOSFET的基本知识,它的内部结构，它如何工作，以及如何在你的电路设计中使用它们。如果你想跳过这个理论，你可以看看这篇文章常见的mosfet及其应用以加快您的零件选择和设计过程。

什么是MOSFET?

MOSFET代表金属氧化物场效应晶体管， MOSFET的发明是为了克服fet的缺点，如高漏电阻，适中的输入阻抗和较慢的操作。因此，场效应晶体管可以称为场效应晶体管的高级形式。在某些情况下，mosfet也被称为IGFET(绝缘栅场效应晶体管)。实际上，MOSFET是一种电压控制器件，这意味着通过施加额定电压到栅管脚，MOSFET将开始通过漏源管脚导电。我们将在本文后面详细讨论。

FET和MOSFET之间的主要区别是，MOSFET有一个金属氧化物栅极，通过一层薄薄的二氧化硅或玻璃与主半导体n通道或p通道绝缘。控制门的隔离增加输入电阻MOSFET的ω (MΩ)．

MOSFET的象征

一般来说，MOSFET是一个四端器件，具有一个漏极(D)、源极(S)、闸极(G)和一个主体(B) /衬底端子。体端将总是连接到源端，因此，MOSFET将作为一个三端设备。在下面的图片中，n通道MOSFET的符号在左边和p通道MOSFET的符号显示在右边。

MOSFET最常用的封装是To-220，为了更好地理解，让我们看看著名的引脚IRF540N MOSFET(如下所示)。如你所见，栅极，排流和源引脚如下所示，请记住，这些引脚的顺序将根据制造商的不同而改变。其他流行的mosfet是IRFZ44N，BS170，IRF520，2 n7000等

MOSFET作为开关

最常见的MOSFET的应用把它当开关用。下面的电路显示了MOSFET作为开关设备，打开和关闭灯。的门输入电压V_GS在输入电压源的帮助下应用。当施加电压为正时，电机处于ON状态，当施加电压为零或负时，灯处于OFF状态。

当你通过向栅极引脚提供所需的电压来打开Mosfet时，它将保持打开，除非你向栅极提供0V。为了避免这个问题，我们应该总是使用一个下拉电阻(R1)，这里我使用了10k的值。在应用中，如控制电机的速度或调光，我们将使用PWM信号快速开关，在这种情况下，MOSFET的栅极电容将产生反向电流由于寄生效应。为了解决这个问题，我们应该使用一个限流电容，我在这里使用了470的值。

以上负载被认为是电阻性负载，因此电路非常简单，如果我们需要使用电感或电容性负载，我们需要使用某种保护来防止MOSFET受到损坏。例如，如果我们使用一个不带电荷的容性负载，它被认为是短路，这将导致高“侵入”当外加电压从感应负载中移去时，当磁场崩溃时，电路中会有大量的反向电压累积，从而导致电感器绕组中产生感应反电势。

MOSFET的分类

MOSFET根据其操作类型分为两种类型，即增强型MOSFET(E-MOSFET)和耗尽型MOSFET(D-MOSFET)，这些mosfet根据用于建造的材料进一步分类为n通道和p通道。一般来说，有4种不同类型的场效应晶体管

• n通道耗尽模式MOSFET
• p通道耗尽模式MOSFET
• n通道增强模式MOSFET
• p通道增强模式MOSFET

的n通道mosfet被称为NMOS它们由以下符号表示。

根据MOSFET的内部结构，栅极(G)、漏极(D)和源极(S)引脚在耗尽模式MOSFET中物理连接，而在增强模式下它们物理分离，这就是为什么增强模式MOSFET的符号出现断裂的原因。p -通道mosfet被称为管理办公室它们由以下符号表示。

在现有的类型中，n通道增强MOSFET是最常用的MOSFET。但为了了解，让我们试着了解其中的区别。主要的n沟道MOSFET和p沟道MOSFET之间的差异在n通道中，MOSFET开关将保持打开状态，直到栅极电压被提供。当栅极引脚接收到电压时，开关(在漏极和源极之间)将被关闭，在p通道MOSFET中，开关将保持关闭，直到提供栅极电压。

同样,主增强模式和耗尽模式MOSFET的区别是施加于E-MOSFET的栅极电压应该总是正的，并且它有一个阈值电压，超过它就完全打开。对于D-MOSFET，栅极电压可以是正的或负的，它永远不会完全打开。还要注意的是，D-MOSFET可以在增强和耗尽模式下工作，而E-MOSFET只能在增强模式下工作。

MOSFET的建设

下图显示了典型的MOSFET的内部结构．虽然MOSFET是FET的一种高级形式，并且使用与FET相同的三个终端，但MOSFET的内部结构确实不同于一般的FET。

如果你看看结构,可以看到门口终端是固定的薄金属层由一层绝缘的二氧化硅从半导体(二氧化硅),你将能够看到两个n型半导体固定在英吉利海峡地区排水和源终端被放置的地方。MOSFET的漏极和源极之间的通道是一个n型，与此相反，衬底被实现为p型。这有助于偏压MOSFET在两个极性，无论是正极或负极。如果MOSFET的栅极端没有偏置，它将保持非导电状态，因此MOSFET主要用于设计开关和逻辑门。

MOSFET的工作原理

通常，MOSFET作为一个开关，MOSFET控制源极和漏极之间的电压和电流流。的MOSFET的工作取决于MOS电容器，即源极和漏极之间的氧化物层下面的半导体表面。只需分别施加正栅电压或负栅电压，它就可以从p型倒转到n型。下图是MOSFET的框图。

当一个漏源极电压(V_DS）在漏极和源极之间连接，正电压施加于漏极，负电压施加于源极。这里漏极处的PN结是反向偏置的，而源极处的PN结是正向偏置的。在这个阶段，在漏极和电源之间不会有任何电流流动。

如果我们施加一个正的电压V_GG)到栅极终端，由于静电吸引，P衬底中的少数载流子(电子)将开始累积在栅极接触处，在两个n+区域之间形成导电桥。在门接触处积累的自由电子的数量取决于施加的正电压的强度。施加的电压越高，由于电子积聚形成的n通道的宽度越大，这最终增加了电导率和漏极电流(我_D)将开始在源和漏之间流动。

当栅极端没有施加电压时，除了少数载流子产生的少量电流外，不会有任何电流流动。MOSFET开始导电时的最小电压称为阈值电压．

MOSFET在耗尽模式下的运行:

消耗模式mosfet通常被称为“接通”设备，因为当栅端没有偏置电压时，它们通常处于关闭状态。当我们正增加施加在栅极上的电压时，通道宽度将在耗尽模式下增加。这将增加漏极电流I_D通过通道。如果施加的栅极电压是高负的，那么通道宽度将更小，MOSFET可能进入截止区域。

VI特点:

的消耗模式MOSFET的V-I特性晶体管在漏源极电压(V_DS)和漏极电流(I_D)．在栅极终端的少量电压将控制通过通道的电流流。在漏极和源极之间形成的通道将在栅极端子处充当一个具有零偏置电压的好导体。当正向电压施加于栅极时，通道宽度和漏极电流会增加，而当负电压施加于栅极时，通道宽度和漏极电流会减少。

MOSFET在增强模式下的运行:

增强模式下MOSFET的操作类似于开开关的操作，只有当正电压(+V)时才会开始导电_GS)应用于栅极端子，漏极电流开始流过器件。当偏置电压增大时，沟道宽度和漏极电流增大。但如果施加的偏置电压为零或负，晶体管本身将保持在OFF状态。

VI特点:

增强模式MOSFET的VI特性在漏极电流(I_D)和漏源极电压(V_DS)．将VI特征划分为欧姆区、饱和区和截止区。截止区域是MOSFET在施加的偏置电压为零时处于OFF状态的区域。当施加偏置电压时，场效应晶体管缓慢地向导电模式移动，在欧姆区电导率缓慢增加。最后，饱和区域是不断施加正电压的地方，MOSFET将保持导电状态。

MOSFET的包

mosfet在不同的应用中有不同的封装、大小和名称。一般来说，mosfet有4种不同的封装，即表面贴装、通孔、PQFN和DirectFET

mosfet在每种封装中都有不同的名称，如下所示:

表面安装:TO-263、TO-252、MO-187、SO-8、SOT-223、SOT-23、TSOP-6等。

通孔:TO-262, TO-251, TO-274, TO-220, TO-247等等。

PQFN:PQFN 2x2、PQFN 3x3、PQFN 3.3x3.3、PQFN 5x4、PQFN 5x6等。

DirectFET:DirectFET M4, DirectFET MA, DirectFET MD, DirectFET ME, DirectFET S1, DirectFET SH等。