我很好奇,为什么MOS内会有体二极管,它是怎么来的?又有什么用?

原创 硬件笔记本 2024-11-26 07:42

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大家好,我是王工。


前段时间有兄弟问,为什么MOS管内会有体二极管,它是怎么来的?又有什么作用?是不是所有的MOS管都有体二极管?

相信大多数人都会有这个疑问,网上也有很多资料。王工结合工作中常用的一些MOS管,跟大家一起来看一看。

日常工作中用的最多的有三种封装SOT-23,SOP-8TO-220(TO-247),但他们的内部毫无疑问都会有体二极管的存在。

   


那么体二极管是怎么来的呢?


我们以NMOS为例,我们一起来看一下MO管的内部结构:

假设有一个P型衬底,P型衬底上面参杂了两个N型半导体,一个引出来作为源极s,一个作为漏极d,其中栅极到源极和栅极到漏极是对称的。然后通过一个sio2绝缘层与P型衬底之间隔离,在上面引出一个栅极G。


如果我们在栅极G上施加一个正向电压VCC,这时候就会让衬底的空穴往下移,如下图的+++,那么sd之间会形成一条沟道---,这条沟道主要是为N型半导体两边的电子提供一条可移动通道,也即我们说的N沟道。当这条通道打开以后,里面相当于一条导线,电流可以从左往右,也可以从右往左随意流动。

问题1、体二极管是怎么形成的呢?

体二极管的形成是因为N型半导体和P型半导体在结合的时候,形成了PN结,所以衬底和源极s之间会有一个二极管,衬底和漏极d之间也会形成一个二极管,方向都是由P指向N。


如图有两个PN结,体二极管就是其中一个PN结。


明明有两个体二极管,为什么我们只看到其中一个呢?那是因为另外一个被短路掉了,在MOS管内部,源极s和衬底是短接在一起的,如下图所示,也就是源极s和衬底短路在了一起,所以我们只看到一个体二极管,方向从S指向d。


其实,对比MOS管的符号来看,就知道了,箭头中间也就是衬底,它跟源极s是短接在一起的,不管N沟道还是P沟道MOS管都是这样的

以上可以得出两个结论:
1、MOS管的体二极管是由制作工艺决定的,是不可避免的。
2、其实MOS管应该有四个引脚(G,S,D,衬底P),只是我们常见的其中两个引脚给短路了。

其实还有一个细节的知识,可能大家都没有思考过,那就是不管是P管还是N管,我们控制的都是VGS电压,为什么是gs而不是其他引脚呢?其实真正想控制的不是gs之间,而是栅极g到衬底P之间,之所以控制vgs是因为衬底P跟s连在了一起,所以看起来是VGS。

在一些功率特别大的场合,你可以发现有些MOS其实有四个引脚,这时候控制的其实是栅极g和衬底p之间的电压,之所以单独分开来是为了避免ds之间导通对栅极造成干扰问题。这也是我们有时候会看到MOS管引脚上加磁珠的原因,见如下视频


问题2、体二极管有什么作用?

既然体二极管是工艺决定,无法避免,那就可以好好拿来利用一下。巧妙利用体二极管有以下电路,都是王工之前总结出来的。(大家点击图片可以直接查看




写在最后

都说硬件工程师越老越吃香,这句话也证明硬件也是需要积累的,王工从事硬件多年,也会不定期分享技术好文,感兴趣的同学可以加微信,或后台回复“加群”,管理员拉你加入同行技术交流群。




以下两个电路,是之前技术交流群群友发的,王工做了一个简单的分析,旨在帮助入门或转行的同学理解学习点击图片直接进入


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