【原创分享】从无到有，彻底搞懂MOSFET讲解（一）

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本帖最后由松山归人于 2021-5-7 10:11 编辑

讲解人：鲁肃老师（张飞电子学院高级工程师）
MOSFET又叫场效应晶体管，那么如何去学好MOS管呢？大家都对三极管有了解了，已经弄明白了。实际上，要想学好MOS管，首先我们要对标三极管来学。我们说，三极管有N管和P管，同样的，MOS管也有N型和P型。这里我们只讲N型MOSFET。

N型MOSFET也有三个极：栅极源极漏极，字母表示：G D S，对标三极管的b c e（如上图所示）。三极管具有功率放大的作用，放大的是电流，实际上是等效内阻变小。MOS管也具有功率放大的作用。那么，不管三极管还是MOS管，它都有控制极和输出极。

控制极的电流很小，控制信号的内阻大；

输出极的电流很大，输出信号的内阻小。

我们先举例三极管，对于三极管来说，用一个很小的ib电流，来控制很大的ic电流。Ib和Ic有β的关系，假设β是100，那么Ic比Ib大100倍，等效CE内阻比BE内阻小了100倍。

三极管放大的前提条件，Ib Ic需要有电流。什么条件下有电流呢？Ib Ic各自必须要有完整的回路，既然有回路，就有电流，这个三极管的特质。那么，既然有回路有电流，必然会产生功耗。

所以，电路设计中，三极管用的越多，则功耗就越大。这就是早期的主控芯片功耗大的原因。

三极管是一个流控流型的器件，因为有这个问题的存在，我们得改进啊是吧，不用电流来控制呢？这样子，场效应管就应运而生了。MOSFET的诞生，需要解决三极管的瓶颈问题。

由于三极管这里的β只有100倍，如果Ic要求是100A，Ib至少要是1A是吧，也就是说，你的控制极就要是1A，如果我有10个，那就要是20A，那这要多大的电源才能提供啊，这是一个问题，对不对啊。控制电流太大，要求电源提供更大的能力。

我们再来看下面一个问题：
Ib是1A，那么BE压降是多少呢，也就是Vbe = 0.7V。如果说0.7V*Ib=0.7V*1A=0.7W，功耗Pb就是0.7W了。Ic=100A，Vce=0.3V，Pc=30W。这些都会在三极管里消耗，也就是说三极管本身就要差不多消耗30W，很明显，我们为了控制100A，这个管子就要消耗30W。如果10个管子，就要300W。那这个电路就无法设计了啊。而且30W的管子，发热是无法承受的，所以说就无法使用。

所以说，我们就得出结论：晶体管它的功率和电流不能太大，有上限限制，基本上都是mA级别，也有A级别，但是那个就用的很少了。我们就把希望寄托于场效应管上面，它是一个新事物的诞生，它一定要解决功耗的问题，也就是解决电流的问题，任何一个器件都是有内阻的。要想没有功耗，就不能有电流，不能有电流应该怎么办？

在电子世界中，除了电流是电压，既然流控型不行，那么能不能做一个压控型的呢？这个管子的导通不导通只关注电压的阈值，那么这个时候就让电流很小，就能解决这个问题。

对于MOSFET来说，GS内部有一个电容存在的。充满电后，维持住这个电压，那么就持续导通了。
在充电过程中，是消耗电流和产生功耗的；当充电完成后，电容上是没有电流的，没有电流，则没有损耗。那么，这个时候功耗很低了。

我们再来看一下DS，它之间可以等效成一个可变电阻。这个可变电阻，在关断期间时，则阻值无穷大；在开通期间，则阻值无穷小。所以，DS之间也没有功耗，即使一个很大的Id，但是乘以一个无穷小的电阻，它的功耗就很小。那么，这样子也实现了放大，但是功耗也小，这就完美解决了三极管的问题。

我们说，模电的本质：电压，电流，斜率。元器件也有对应电压型和电流型。

电压型：电容，mosfet
电流型：电感，三极管

当然，还有其他器件，后面学习到的时候再说。
我们说，斜率实际上指的就是速度。那么，我们器件又需要有斜率，又需要有速度，但是半导体器件它又怕极高的速度，因为极高的速度，就相当于抗瞬间的过冲不够又容易坏，所以说又要它快，但是又不能极快，这就是斜率。

所以说，模电的本质就是电压电流斜率，
那么，我们把MOS管这个器件设计出来，也是从这样一个思路出发，最后形成的。而且，就像我们世界一样，万物相生相克才能和谐。实际上对于我们的模电来说，它我们这个世界是一样的。比如说电路中的电流，它的电压可以用电容来进行钳位；比如说电路中的电压，它的电流激变可以用电感来进行限制。电压斜率可以用电容解决，电流斜率可以用电感来解决，这样就能让电路和谐，让它稳定工作。

关于MOSFET的Rdson损耗问题以及高压低压MOSFET的区别，我们下次接着讲。

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