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功率场效应晶体管(MOSFET)基本知识功率场效应管(PowerMOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。
电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数PowerMOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b)所示。
功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法2．掌握MOSEET对驱动电路的要求3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法二．实验内容1．MOSFET主要参数：开启阀值电压V GS(th),跨导g FS,导通电阻R ds输出特性I D=f（Vsd）等的测试2．驱动电路的输入,输出延时时间测试.3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试4．有与没有反偏压时的开关过程比较5．栅-源漏电流测试三．实验设备和仪器1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分2．双踪示波器3．毫安表4．电流表5．电压表四、实验线路见图2—2五．实验方法1．MOSFET主要参数测试（1）开启阀值电压V GS(th)测试开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流I D=1mA)的最小栅源电压。
在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流I D，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS 管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS 管的栅源电压Vgs ，并将主回路电位器RP 左旋到底，使Vgs=0。
将电位器RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流I D =1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压V GS （th ）。
读取6—7组I D 、Vgs ，其中I D =1mA 必测，填入表2—6。
（2）跨导g FS 测试双极型晶体管（GTR ）通常用h FE （β）表示其增益，功率MOSFET 器件以跨导g FS 表示其增益。
跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即g FS =△I D /△V GS 。
典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和V DS =15V 下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。
根据表2—6的测量数值，计算g FS 。
功率场效应晶体管（MOSFET）的工作原理、特性及主要参数功率场效应晶体管（Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）。
其特点是：属于电压型全控器件、栅极静态内阻极高（109Ω）、驱动功率很小、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等；但MOSFET的电流容量小、耐压低、功率不易做得过大，常用于中、小功率开关电路中。
MOSFET的结构和工作原理1.MOSFET的结构MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。
小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在芯片的同一侧。
而MOSFET主要采用立式结构，其3个外引电极与小功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。
MOSFET的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电沟道的称为增强型。
MOSFET的电气符号如图1所示，图1（a）表示N沟道MOSFET，电子流出源极；图1（b）表示P沟道MOSFET，空穴流出源极。
从结构上看，MOSFET还含有一个由S极下的P区和D极下的N区形成的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是MOSFET的S极和D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使MOSFET无反向阻断能力。
图1中所示的虚线部分为寄生二极管。
图1 MOSFET的电气符号2.MOSFET的工作原理（1）当栅源电压uGS=0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，不可能出现反型层，无法沟通漏源极。
此时，即使在漏源极之间施加电压，MOS管也不会导通。
MOSFET结构示意图如图2（a）所示。
图2 MOSFET结构示意图（2）当栅源电压uGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源极，此时MOS管仍保持关断状态，如图2（b）所示。
晶体管简介及特性一、BJT的结构简介BJT又常称为晶体管，它的种类很多。
按照频率分，有高频管、低频管；按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管；根据结构不同，又可分成NPN型和PNP型等等。
但从它们的外形来看，BJT都有三个电极。
它是由两个 PN结的三层半导体制成的。
中间是一块很薄的P型半导体(几微米~几十微米)，两边各为一块N型半导体。
从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c，对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。
虽然发射区和集电区都是N型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质多。
在几何尺寸上，集电区的面积比发射区的大，这从图3.1也可看到，因此它们并不是对称的。
二、BJT的电流分配与放大作用1、BJT内部载流子的传输过程BJT工作于放大状态的基本条件：发射结正偏、集电结反偏。
在外加电压的作用下， BJT内部载流子的传输过程为：（1）发射极注入电子由于发射结外加正向电压VEE，因此发射结的空间电荷区变窄，这时发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，形成发射极电流IE，其方向与电子流动方向相反。
（2）电子在基区中的扩散与复合由发射区来的电子注入基区后，就在基区靠近发射结的边界积累起来，右基区中形成了一定的浓度梯度，靠近发射结附近浓度最高，离发射结越远浓度越小。
因此，电子就要向集电结的方向扩散，在扩散过程中又会与基区中的空穴复合，同时接在基区的电源VEE的正端则不断从基区拉走电子，好像不断供给基区空穴。
电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等，使基区的空穴浓度基本维持不变。
这样就形成了基极电流IB，所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。
也就是说，注基区的电子有一部分未到达集电结，如复合越多，则到达集电结的电子越少，对放大是不利的。
所以为了减小复合，常把基区做得很薄 (几微米)，并使基区掺入杂质的浓度很低，因而电子在扩散过程中实际上与空穴复合的数量很少，大部分都能能到达集电结。
场效应晶体管的特点场效应晶体管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种三端口器件，主要由栅极、漏极和源极组成。
它是一种电子元件，其基本原理是通过外加的电场控制载流子的流动。
以下是场效应晶体管的特点。
1.高输入阻抗：场效应晶体管的栅极和源极之间存在很高的电阻，使其具有高输入阻抗。
这意味着场效应晶体管对输入信号具有很高的灵敏度，并且能够减少对输入信号的负载。
2.高增益：场效应晶体管具有较高的电流放大系数，也称为增益。
通过控制栅极上的电压，可以调整晶体管的工作点，从而实现信号的放大。
3.低噪声：与双极晶体管相比，场效应晶体管的噪声更低。
这是因为场效应晶体管不涉及载流子注入和抽取的物理过程，减少了噪声的产生。
4.低驱动电压：与双极晶体管相比，场效应晶体管所需的驱动电压较低。
这使得场效应晶体管更适合于低电压的集成电路设计。
5.大功率处理能力：场效应晶体管能够处理大功率信号。
与双极晶体管相比，场效应晶体管在功率放大方面具有更好的性能。
6.高频特性：场效应晶体管在高频应用中表现良好。
它们具有较大的开关频率，使它们成为射频放大器和高速开关的理想选择。
7.可控性好：场效应晶体管的漏极电流可以通过改变栅极到源极电压来调节。
这种可控性使其在电子开关和调节电路中非常有用。
8.可制成大规模集成电路：场效应晶体管可以使用微电子工艺制作成大规模集成电路（VLSI）。
这意味着可以将几十亿个晶体管集成到一个小芯片上，大大提高了电路的集成度和性能。
9.低功耗：由于晶体管的结构和工作原理，场效应晶体管的功耗较低。
这是因为在不改变晶体管的工作状态时，它几乎不消耗电流。
10.温度稳定性好：场效应晶体管在温度变化下的工作性能较为稳定。
与其他电子元件相比，它对温度的变化不太敏感。
总体而言，场效应晶体管具有高输入阻抗、高增益、低噪声、低驱动电压、大功率处理能力、高频特性、可控性好、可制成大规模集成电路、低功耗和温度稳定性好等特点。
电力电子学中的新型功率器件开发与应用第一章：引言近年来，随着电力电子技术的不断发展，人们对功率器件的需求也越来越高。
传统的功率器件存在着诸多问题，如体积大、效率低、损耗大等。
为了解决这些问题，科学家们在电力电子学领域进行了大量的研究，并取得了一系列新型功率器件的突破性进展。
本文将对几种新型功率器件的开发与应用进行介绍和分析。
第二章：功率金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）MOSFET是一种常用的功率器件，具有开关速度快、体积小、效率高等优点。
近年来，科学家们对MOSFET进行了深入研究，提出了一系列改进措施。
比如，采用了新型材料制作源漏极，提高了MOSFET的承受电流能力；同时，通过优化结构设计，降低了导通压降，提高了整体效率。
这些改进使得MOSFET在电力电子领域的应用更加广泛，如电力转换器、变频器等。
第三章：功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）IGBT是一种特殊结构的功率器件，具有晶体管和MOSFET的特点，被广泛应用于交流电源和直流电源的开关状态。
近年来，科学家们在IGBT的制造过程中加入了阳极氧化和金属隧道结等先进技术，使得IGBT的开关速度更快，损耗更小，功率密度更高。
因此，IGBT在工业自动化、电机驱动等领域发挥着重要作用。
第四章：功率射频二极管（RF Power Diode）功率射频二极管是一种专门用于射频功率放大的器件，具有高频特性和功率特性。
在通信设备、雷达系统以及无线电频率限制器中，功率射频二极管被广泛使用。
为了提高射频功率二极管的性能，科学家们不断优化其结构和制造工艺。
例如，采用氮化硅材料制造功率射频二极管，提高了其工作频率和功率密度，大大改善了器件的性能。
第五章：功率场效应晶体管（VDMOS）功率场效应晶体管是一种专门用于高压、高功率应用的器件。
科学家们通过优化VDMOS的结构和工艺，提高了其开关速度和耐压能力。
在电力电子领域，VDMOS广泛应用于直流电源和逆变器等设备中，取得了显著效果。
