场效应管发热严重原因解析

场效应管作用的特点及工作原理

场效应管是只要一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P沟道器件。有结型场效应三极管JFET和绝缘栅型场效应三极管IGFET之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET。

MOS场效应管有加强型（EnhancementMOS或EMOS）和耗尽型（MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极：D（Drain）称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G（Gate）称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S（Source）称为源极，相当于双极型三极管的发射极。

加强型MOS（EMOS）场效应管道加强型MOSFET根本上是一种左右对称的拓扑构造，它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底（substrat），用符号B表示。

工作原理

1．沟道构成原理当Vgs=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间构成电流。

当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs（th）时（VGS（th）称为开启电压），经过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排挤，呈现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，缺乏以构成沟道，所以依然缺乏以构成漏极电流ID。

进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs（th）时，由于此时的栅极电压曾经比拟强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中汇集较多的电子，能够构成沟道，将漏极和源极沟通。假如此时加有漏源电压，就能够构成漏极电流ID。在栅极下方构成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversionlayer）。随着Vgs的继续增加，ID将不时增加。

在Vgs=0V时ID=0，只要当Vgs＞Vgs（th）后才会呈现漏极电流，这种MOS管称为加强型MOS管。

VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f（vGS）|VDS=const这一曲线描绘，称为转移特性曲线，见图。

转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制造用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。

跨导的定义式如下：gm=△ID/△VGS|（单位mS）

2．Vds对沟道导电才能的控制

当Vgs＞Vgs（th），且固定为某一值时，来剖析漏源电压Vds对漏极电流ID的影响。Vds的不同变化对沟道的影响如图所示。

依据此图能够有如下关系：

VDS=VDG＋VGS=—VGD＋VGSVGD=VGS—VDS

当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGS（th），沟道呈斜线散布。在紧靠漏极处，沟道到达开启的水平以上，漏源之间有电流经过。

当VDS增加到使VGD=VGS（th）时，相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的状况，称为预夹断，此时的漏极电流ID根本饱和。

当VDS增加到VGD

当VGS＞VGS（th），且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即iD=f（vDS）|VGS=const这一关系曲线如图02.16所示。

场效应管发热严重的原因

1、电路设计的问题，就是让MOS管工作在线性的工作状态，而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关，G级电压要比电源高几V，才能完全导通，P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗，等效直流阻抗比较大，压降增大，所以U*I也增大，损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误；

2、频率太高，主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损耗增大了，所以发热也加大了；

3、没有做好足够的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值，一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需要足够的辅助散热片；

4、MOS管的选型有误，对功率判断有误，MOS管内阻没有充分考虑，导致开关阻抗增大。

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