电力电子开关元件，如BJT，场效应晶体管，IGBT，可控硅，双向可控硅等是设计从简单的驱动电路到复杂的功率整流器和逆变器的许多电路中必不可少的器件。其中最基本的是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，因此在大功率应用中很受欢迎。在这篇文章中，我们将学习MOSFET基础知识，它的内部结构，如何工作，以及如何在你的电路设计中使用它们。如果你想跳过理论，你可以看看关于流行的mosfet以及在哪里使用它们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在美国，MOSFET的发明是为了克服fet中存在的缺点，如高漏极电阻、中等输入阻抗和较慢的操作。所以MOSFET可以被称为FET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，这意味着通过对栅极引脚施加额定电压，MOSFET将开始通过漏极和源极引脚导电。我们将在本文后面详细介绍。

FET和MOSFET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。控制之门的隔离增加输入电阻该MOSFET的百万欧姆(MΩ)．

MOSFET的符号

一般来说，MOSFET是一个四端器件漏极(D)、源极(S)、闸门(G)以及体(B) /衬底端子。主体终端将始终连接到源终端，因此，MOSFET将作为一个三终端设备工作。在下面的图像中，n通道MOSFET的符号显示在左边，而p沟道MOSFET符号如图所示。

MOSFET最常用的封装是To-220，为了更好地理解，让我们来看看著名的引脚IRF540N MOSFET(如下所示)。正如您所看到的，栅极、漏极和源引脚如下所示，请记住，这些引脚的顺序将根据制造商的不同而变化。其他流行的mosfet是IRFZ44N，BS170，IRF520，2 n7000等

MOSFET作为开关

最常见的MOSFET的应用把它当做开关。下面的电路显示MOSFET作为开关设备，用于打开和关闭灯。的栅极输入电压_GS在输入电压源的帮助下应用的。当施加电压为正时，电机将处于ON状态，如果施加电压为零或负，灯将处于OFF状态。

当你打开一个Mosfet通过提供所需的电压到栅极引脚，它将保持在除非你提供0V到栅极。为了避免这个问题，我们应该总是使用下拉电阻(R1)，这里我使用了10k的值。在控制电机速度或调光等应用中，我们将使用PWM信号进行快速开关，在这种情况下，MOSFET的门电容将由于寄生效应产生反向电流。为了解决这个问题，我们应该使用限流电容器，我在这里使用了470的值。

上述负载被认为是电阻性负载，因此电路非常简单，如果我们需要使用感性或容性负载，我们需要使用某种保护来防止MOSFET被损坏。例如，如果我们使用不带电荷的容性负载，它被认为是短路，这将导致短路高“侵入”电流和当应用电压从感性负载中移除时，当磁场崩溃时，电路中会有大量的反向电压积聚，这将导致电感器绕组中的感应反电动势。

MOSFET的分类

MOSFET根据操作类型分为两种类型，即增强模式MOSFET(E-MOSFET)和耗尽型MOSFET(D-MOSFET)，这些mosfet进一步根据用于构造的材料分类为n通道和p通道。总的来说，有4种不同类型的mosfet

• n通道损耗模式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它们用下面的符号表示。

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，而在增强模式中它们物理分离，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用下面的符号表示。

在现有类型中，n通道增强MOSFET是最常用的MOSFET。但是为了知识的缘故，让我们试着弄清楚其中的区别。主要的n沟道MOSFET和p沟道MOSFET之间的区别在n通道中，MOSFET开关将保持打开状态，直到提供栅极电压。当栅极引脚接收到电压时，开关(漏极和源极之间)将关闭，在p沟道MOSFET中，开关将保持关闭，直到提供栅极电压。

类似地，主增强模式和耗尽模式MOSFET之间的差异应用于E-MOSFET的栅极电压应该总是正的，并且它有一个阈值电压，超过这个阈值电压它就完全打开了。对于D-MOSFET，栅极电压可以是正的也可以是负的，而且它永远不会完全打开。还要注意，D-MOSFET可以工作在增强和耗尽模式下，而E-MOSFET只能工作在增强模式下。

MOSFET的结构

下图显示了典型的MOSFET的内部结构．虽然MOSFET是FET的一种先进形式，并且与FET具有相同的三个终端，但MOSFET的内部结构与一般FET确实不同。

如果你观察结构，你可以看到栅极端子固定在由一层二氧化硅(SiO2)与半导体绝缘的薄金属层上，你将能够看到两个n型半导体固定在放置漏极和源极的通道区域。在MOSFET的漏极和源极之间的通道是一个n型，与此相反，基板被实现为p型。这有助于在正极或负极两个极性上偏置MOSFET。如果MOSFET的栅极端子没有偏置，它将保持在非导电状态，因此MOSFET主要用于设计开关和逻辑门。

MOSFET工作原理

一般来说，MOSFET作为开关工作，MOSFET控制源极和漏极之间的电压和电流流动。的工作的MOSFET取决于MOS电容器，即源极和漏极端子之间氧化物层以下的半导体表面。它可以从p型倒向n型，只需分别施加正或负门电压。下图是MOSFET的框图。

当一个漏源电压(V_DS）在漏极和源极之间连接，正电压加到漏极，负电压加到源极。这里漏极处的PN结是反向偏置的，源极处的PN结是正向偏置的。在这个阶段，在漏极和源极之间不会有任何电流流动。

如果我们施加一个正电压(V_GG)到栅极端，由于静电吸引，P衬底中的少数载流子(电子)开始积聚在栅极接触点上，在两个n+区域之间形成导电桥。在栅极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，由于电子积累形成的n通道的宽度就越大，这最终增加了电导率和电阻抗漏电流(I_D)将开始在源头和排泄之间流动。

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开始导电的最小电压称为阈值电压．

损耗模式下MOSFET的工作:

耗尽型mosfet通常被称为“开”器件，因为当栅极端没有偏置电压时，它们通常处于闭合状态。当我们增加栅极的正电压时，沟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非常负的，那么通道宽度将会更小，MOSFET可能会进入截止区域。

VI特点:

的损耗型MOSFET的V-I特性晶体管之间的漏源电压(V_DS)和漏电流(I_D)．栅极终端的少量电压将控制通过通道的电流。在漏极和源之间形成的通道将在栅极端起到零偏置电压的良导体的作用。当对栅极施加正电压时，沟道宽度和漏极电流将增加，而当对栅极施加负电压时，沟道宽度和漏极电流将减小。

MOSFET在增强模式下的工作:

MOSFET在增强模式下的工作类似于开开关的工作，只有当正电压(+V_GS)加到栅极端，漏极电流开始流过器件。当偏置电压增加时，沟道宽度和漏极电流都会增加。但如果施加的偏置电压为零或负晶体管将保持在关闭状态本身。

VI特点:

增强型MOSFET的VI特性在漏极电流(I_D)和漏源极电压(V_DS)．VI特性被划分为三个不同的区域，即欧姆、饱和和截止区域。截止区域是MOSFET将处于关闭状态的区域，其中施加的偏置电压为零。当施加偏置电压时，MOSFET缓慢地向传导模式移动，电导率缓慢地增加发生在欧姆区域。最后，饱和区域是正电压不断施加的地方，MOSFET将保持在传导状态。

MOSFET封装

mosfet有不同的封装、尺寸和名称，用于不同类型的应用。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。

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。