场效应晶体管( MOSFET)简介

    MOSEFT (metal-Oxide  Semiconductor FiledEffect Transistor)是一种单极型、多数载流子、“零结”、电压可控的器件，与双极晶体管( BJT)不同，这是因为它只有多数载流子参与导电。1975年研发用于微电子电路的金属氧化物半导体(MOS)技术开辟了研发功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件的道路。为特定应用选择最合适的器件不是一件容易的事。要做到这一点，人们还需要知道有关器件的特性和它所具有的独特优点、技术的创新及丰富的工程设计经验等多方面的知识。与小功率器件（信号器件）不同，大功率器件在其结构和驱动器的设计方面更加复杂，而且它的伏安特性很复杂。设计电路时要做到使这些器件工作接近于理想状态。图3-21给出了P沟道、N沟道、增强型和耗尽型MOSFET器件的电路符号。

    图3-21    MOSFET器件的电路符号

   (a)N沟道增强型；(b)P沟道增强型；(c)N沟道耗尽型；

   (d)P沟道耗尽型

    图3-22给出一个N沟道MOSFET的图形符号及其伏安特性。如果栅极电压为正，并且大于一个阈值电压，MOSFET中会产生一个N型导电沟道，允许电流通过多数载流子（电子）在漏极和源极之间流动。虽然栅极的稳态阻抗相当高，但是栅一源之间的等效电容使得MOSFET的开通和关断需要一个脉冲电流来触发。该器件具有非对称电压阻断能力，并且自带一个反并联二极管，如图3-22 (a)所示，它用来承载反向的全部电流。这个二极管具有慢恢复特性，在高频应用中通常被一个外部的快速恢复二极管旁路。

    图3-22    MOSFET的伏安特性

    该器件的伏安特性有两个截然不同的区域，一个恒定电阻JRDS (on)]区和一个恒定电流区。MOSFET的[RDS (on)]是一个重要的参数，它决定了器件的导通压降。对于高压MOSFET，较长的导电沟道会使这个压降变大。值得注意的是，现代的沟道栅极技术逐渐降低了导通电阻。该电阻的正温度系数使得MOSFET的并联运行变得简单。实际上．大型MOS-FET就是许多器件并联得到的。

    虽然MOSFET的导通损耗对于高压器件来说很大，但是它的开关时间非常短，从而降低了开关损耗。这种器件没有双极型器件所具有的少数载流子存储延迟的问题，其开关时间基本上由驱动电流对一个微小的输入电容CISS的充放电能力来决定，CDS短接时，CISS=CGS+CGD。其中，CGS是栅源电容，CGD是栅一漏电容，CDS是漏一源电容。虽然MOSFET可以只用电压源控制，但是通常先用一个电流源驱动，然后再用电压源驱动，这样可以把开关时间降到最低。MOSFET在低压、小功率和高频（数百千赫）开关应用中特别多。如开关电源( SMPS)、无刷直流电动机(BLDM)、步进电动机驱动，MOSFET是最快的开关器件。它的开关频率大于几兆赫，额定电压达到600V，额定电流达到40A。