高清、液晶、等离子电视中广泛的应用了MOS管，以取代过去的大功率晶体三极管（BJT），大大的提高了整机的效率、可靠性、降低了整机的故障率。然而，MOS 管和大功率晶体三极管有着本质的区别；在应用上，MOS管的驱动电路也比晶体三极管复杂。这些都致使维修师傅们对电路、故障的分析倍感困难。
MOS管的英文全称是 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应管中的绝缘栅型。因此， MOS 管有时也被称为绝缘栅场效应管。在电子电路中，MOS 管通常被用于放大电路或开关电路。
MOS 管的构造：
在一块掺杂浓度较低的 P 型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的 N+区，并用金属铝引出两个电极，分别作为漏极 D 和源极 S。然后，在漏极和源极之间的 P 型半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜，再为这个绝缘层膜装上一个铝电极，作为栅极 G。这就构成了一个 N 沟道（NPN 型）增强型 MOS 管，如图2.1所示。显然，它的栅极和其他电极间是绝缘的。
用同样的方法，在一块掺杂浓度较低的 N 型半导体硅衬底上，用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的 P+区，栅极制作过程同上，就制成了一个P沟道（PNP 型）增强型 MOS 管，如图2.2所示。
（a）结构 （b）符号 （a） （b）
图 2.1 图 2.2
MOS 管的工作原理：
以 N 沟道 MOS 管为例，其工作原理如图 2.3 所示：
（a） （b）
图 2.3
从图2.3（a）可以看出，增强型 MOS 管的漏极 D 和源极 S 之间有两个背靠背的 PN 结。 当栅-源电压 VGS=0 时，即使加上漏-源电压 VDS，也总有一个 PN 结处于反偏状态，漏-源极 间没有导电沟道（没有电流流过）。这时，漏极电流 ID=0。
此时，若在栅-源极间加上正向电压，即 VGS＞0，则栅极和硅衬底之间的 SiO2 绝缘层中产生一个栅极指向 P 型硅衬底的电场，如图2.3（b）所示。由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压 VGS 无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容，VGS 等效于对这个电容充电，并形成一个电场。随着 VGS 逐渐升高，受栅极正电压的吸引，这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成一个从漏极到源极的 N 型导电沟道。当 VGS 大于管子的开启电压 VT（我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压 VT，一般约为 2V）时，N 沟道管开始导通，形成漏极电流 ID。控制栅极电压 VGS 的大小改变电场的强弱，就可以控制漏极电流 ID 的大小。亦即 MOS 管用电场来控制电流，因此也称之为场效应管。
MOS 管的特性：
（1）MOS 管是一个通过改变电压来控制电流的器件，所以是电压器件。
（2）MOS 管的输入特性为容性，所以输入阻抗极高。 2.1.4 MOS 管的电压极性和符号规则
图 2.4（a）是 N 沟道 MOS 管的符号，D 是漏极，S 是源极，G 是栅极，中间的箭头表示衬底。如果箭头向里，则表示的是 N 沟道 MOS 管；若箭头向外，则表示的是 P 沟道 MOS 管。 在实际生产过程中，MOS 管的衬底在出厂前就和源极连接好了，故符号中表示衬底的箭头也必须和源极相连接，以区别漏极和源极。图 2.5（a）是 P 沟道 MOS 管的符号。
实际应用中，MOS 管的电压极性和普通晶体三极管相同，N 沟道 MOS 管类似于 NPN 型晶体三极管，漏极 D 接正极，源极 S 接负极，栅极 G 接正电压时导电沟道建立，N 沟道 MOS 工作，如图2.4（b）所示。同样，P 沟道 MOS 管类似于 PNP 型晶体三极管，漏极 D 接负极，源极 S 接正极，栅极 G 接负电压时导电沟道建立，P 沟道 MOS 管开始工作，如图2.5（b）所示。
（a） N 沟道 MOS 管符号 （b） N 沟道 MOS 管电压极性及衬底连接
图 2.4
（a） P 沟道 MOS 管符号 （b） P 沟道 MOS 管电压极性及衬底连接
图 2.5
MOS管和晶体三极管的特性对比
（1）MOS 管的源极 S、栅极 G、漏极 D 分别对应于三极管的发射极 e、基极 b、集电极 c，它们的作用相似，其管脚对应如图2.6所示。
（a） （b）
图 2.6
（2）MOS 管是电压控制电流器件，由 VGS 控制 ID；普通晶体三极管是电流控制电流器件，由 Ib 控制 Ic。MOS 管的放大系数是 gm（跨导），即栅极电压改变 1V 时能引起漏极电流变化的 多少；晶体三极管的放大系数是 β（贝塔），即基极电流改变 1mA 时能引起集电极电流变 化的多少。
（3）MOS 管的栅极和其他电极是绝缘的，不产生电流；而三极管工作时的基极电流 Ib 决定 集电极电流 Ic。因此，MOS 管的输入电阻比三极管要高得多。
（4）MOS 管只有多数载流子参与导电；三极管有多数载流子和少数载流子两种载流子参与 导电。由于少数载流子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以 MOS 管的温度稳定性比三极 管好。
（5）MOS 管在源极未与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而 三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，β 值将减小很多。
（6）MOS 管的噪声系数很小，适用于低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路。
（7）MOS 管和晶体三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但 MOS 管制造工艺简单，并且又具有普通晶体三极管不能比拟的优秀特性，正逐步取代普通晶体三极管。目前的大规模和超大规模集成电路中，已经广泛采用 MOS 管。
开关电源中使用大功率MOS管的优势
1.输入阻抗高，驱动功率小
由于栅-源之间是二氧化硅（SiO2）绝缘层，其直流电阻基本上就是 SiO2 的绝缘电阻，一般达 100MΩ左右；交流输入阻抗基本上就是输入电容的容抗。由于输入阻抗高，对激励信号不会产生压降，有电压就可以驱动，所以驱动功率极小（灵敏度高）。一般的晶体三极管必须有基极电压 Vb，才产生基极电流 Ib，才能驱动集电极电流。因此，晶体三极管的驱动是需要功率的（Vb×Ib）。
2.开关速度快
MOS 管的开关速度和输入容性特性有很大关系。输入容性特性的存在，使开关速度变慢；但是，作为开关运用时，可降低驱动电路内阻，加快开关速度（输入采用了后述的“灌流电 路”驱动，加快了输入容性的充放电时间）。另外，MOS 管只靠多数载流子导电，不存在少数载流子存储效应，因而关断过程非常迅速，开关时间在10～100ns 之间，工作频率可达 100kHz 以上；普通晶体三极管由于少数载流子的存储效应，其开关总存在滞后现象，影响。开关速度。目前，采用 MOS 管的开关电源工作频率可以轻易做到100～150kHz,这对于普通大功率晶体三极管来说是难以想象的。
3. 无二次击穿
对于普通大功率晶体三极管，温度上升会导致其集电极电流上升（正温度-电流特性），而集电极电流的上升又会导致温度进一步上升，再次导致集电极电流上升……恶性循环。而晶体三极管的耐压（VCEO）是随管温升高而逐步下降的，这就形成了管温继续上升、耐压继续下降，最终导致晶体三极管的击穿。这正是导致过去电视中开关电源管和行输出管损坏率占95%的破环性热击穿现象，也称为二次击穿现象。MOS 管具有和普通晶体三极管相反的温度-电流特性，当管温（或环境温度）上升时，沟道电流 IDS 反而下降。例如，一只 IDS=10A 的 MOS 开关管，当控制电压 VGS 不变时，250C 下的 IDS=3A；当管温升高到 1000C 时，IDS 降低到 2A。这种因温度上升而导致沟道电流 IDS 下降的负温度-电流特性，使得 MOS 管不会产生恶性循环而热击穿。也就是说，MOS 管没有二次击穿现象。可见，采用 MOS 管作为开关管，损坏率将大幅度的降低。近两年，电视中的开关电源采用 MOS 管代替普通晶体三极管后，开关管损坏率大大降低就是一个极好的证明。
4.MOS 管的导通特性呈纯阻性
普通晶体三极管在饱和导通时；几乎是直通，有一个极低的压降，称为饱和压降。既然有一个压降，那么普通晶体三极管在饱和导通后等效于一个阻值极小的电阻。很可惜，这个等效电阻是一个非线性电阻，电阻上的电压和流过的电流不能符合欧姆定律。MOS 管作为开关管应用时，其饱和导通后也存在一个阻值极小的电阻，但这个电阻等效于一个线性电阻，其阻值和两端的电压降、流过的电流符合欧姆定律：电流大压降就大，电流小压降就小。这样，当两个 MOS 管并联应用时，相当于两个线性电阻并联，能起到自动电流平衡的作用。因此，在一个 MOS 管功率不够的时候，可以多管并联应用，且不必另外增加平衡措施（非线性器件是不能直接并联应用的）。
基于以上4个优势，MOS 管足以在开关运用状态下取代普通晶体三极管。最后需要说明的是，目前技术条件的 MOS 管道 VDS 最大只能做到 1000V，只能作为开关电源的开关管应用；随着制造工艺的不断进步，VDS 的不断提高，取代 CRT 电视的行输出管也是能实现的。
灌流电路
MOS 管用作开关管时的特殊驱动电路——灌流电路作为大功率开关管应用时，由于 MOS 管的容性输入特性（其输入端等效于一个小电容器），输入端的开关激励信号实际上是在对“电容”反复充电、放电。在充、放电的过程中， MOS 管的导通和关闭产生了滞后，使“开”与“关”的过程变慢，这是开关元件不能允许的（功耗增加，烧坏开关管）。
如图2.7所示， A 方波为输入端的激励波形，电阻 R 为激励信号内阻，电容 C 为 MOS 管输入端等效电容。激励波形 A 加到输入端，由于对等效电容 C 的充、放电，输入端的实际电压波形变成了畸变波形 B，导致开关管不能正常开关工作而损坏。解决的方法是， R 要足够小，甚至没有阻值，使激励信号能提供足够的电流，让等效电容迅速充、放电，最终使 MOS 开关管迅速“开”、“关”。由于激励信号是有内阻的，激励电流也是有限度的，MOS 开关管的输入部分有必要增加一个减少内阻、增加激励电流的“灌流电路”，如图2.8所示。
在图2.8中，MOS 开关管 Q3 的栅极 S 和激励信号之间增加了 Q1、Q2 两只开关管。Q1、 Q2 均为普通晶体三极管， Q1 为 NPN 型，Q2 为 PNP 型，基极连接在一起。实际上，这两只开关管是一个 PNP+NPN 互补的射极跟随器，等效于两只在方波激励信号控制下轮流导通的开关，如图2.9所示。
当激励方波信号的正半周来到时， Q1（NPN）导通、Q2（PNP）截止，VCC 经过 Q1 导通 对 MOS 开关管 Q3 的栅极充电。由于 Q1 是饱和导通的，VCC 等效于直接加到 MOS 管 Q3 的栅极，瞬间充电电流极大，充电时间极短，保证了 MOS 开关管 Q3 的迅速“开”，如图 2.9（a） 所示。图中的 C 为 MOS 管栅极 S 的等效电容。
当激励方波信号的负半周来到时，Q1（NPN）截止、Q2（PNP）导通，MOS 开关管 Q3 的 栅极所充的电荷经过 Q2 迅速放电。由于 Q2 是饱和导通的，放电时间极短，保证了 MOS 开关 管 Q3 的迅速“关”，如图2.9（b）所示。
图 2.7 图 2.8
（a） （b）
图 2.9
然而，限于制造工艺，MOS 管栅极 S 引线的电流容量有一定的限度，Q1 饱和导通时 VCC 对MOS管栅极 S 充电的巨大瞬时电流极易损坏MOS管的输入端。为了保护MOS管，具体应用时必须采取措施限制瞬时充电的电流值，在栅极的充电电路中串联适当的限流电阻 R，如图2.10（a）所示。限流电阻 R 的阻值，要根据 MOS 管输入电容的大小、激励脉冲的频率及灌流电路 VCC（一般为 12V）的大小决定，一般在数十Ω到100Ω之间。
（a） （b）
图 2.10
增加的限流电阻，使得激励方波负半周 Q2 导通时的放电速度受到了限制（充电时是 VCC 产生电流，放电时是栅极所充的电压 VGS 产生电流，VGS 远远小于 VCC,R 的存在大大降低了 放电速度），MOS 管的开关特性变坏。为了使 R 在放电时不致影响放电速度，充电限流电阻 R 上并联了形成放电通路的二极管 D，图2.10（b）所示。此二极管在放电时导通，在充电时反偏截止。这样，增加了充电限流电阻和放电二极管后，既保证了 MOS 管的安全，又保证了MOS 管的“开”、“关”速度。
另一种灌流电路
某些功率较小的开关电源上，采用了图2.11所示的另一种灌流电路。
（a） （b）
图 2.11
D为充电二极管，Q 为放电三极管（PNP）。在激励方波正半周，D 导通，MOS 管输入端等效电容被充电(此时 Q 截止)；在激励方波负半周，D 截止，Q 导通，MOS 管栅极 S 所充电荷通过 Q 放电，MOS 管完成“开”与“关”的动作，如图2.11（b）所示。此电路由激励信号直接“灌流”，要求激励信号源的内阻较低，一般应用在功率较小的开关电源上。
（a） （b）
图 2.12
灌流电路主要是针对 MOS 管作为开关管时防止其容性输入特性引起“开”、“关”动作滞后而设置的电路，当 MOS 管作为其他用途，如线性放大等，就没有必要设置灌流电路。