MOS管是起开关作用的元件，其工作原理其实非常简答， 同过工作原理，我们用PWM电路实现对MOS关开关导通控制，下面我们详细介绍其工作过程。首选给带来的是基本概念和其结构图。如下：
场效应管（FET）分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)管，即金属-氧化物-半导体。下面以增强型NMOS为例，介绍MOS管的工作原理。

MOS管的基本结构

增强型NMOS的结构图如图 18所示，在参杂浓度较低的P型硅衬底上，制作两个高参杂浓度的N型沟槽。分别用铝从两个N型沟槽中引出两个电极分别作为源极S和漏极D（此时的源极和漏极在结构上没有区别是可以互换的）。然后在半导体的表面覆盖一层很薄的SiO₂绝缘层。在漏源极间的绝缘层上再装上一个铝电极；作为栅极G。另外在衬底上也引出一个电极B。

图 18

在出厂前大多数MOS管的衬底已经和源极连在了一起，此时源极S和漏极D就有了区别，不能再互换了。

MOS管出现导电沟道（反型层的形成）

在U_GS=0时，无论U_DS的大小和极性，都会使得2个GS和DG这两个PN结中一个正偏，另一个反偏。但是由于两个N区之间被P衬底隔离，所以没有办法形成电流，情况如图 19所示。

图 19

当在栅源极之间加上正向电压（所谓的正向电压永远是指电场方向是从P区指向N区）后，则在栅极和衬底之间的SiO₂绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同时P衬底中的少子电子被吸引到衬底表面。当U_GS增加大一定大小时，随着SiO₂绝缘层中电场的增强，会将更多的电子吸引到P衬底的表面，于是栅极附近会形成一个N型薄层，且与两个N区联通。此时就形成了导电沟道，于是在DS之间就有电流可以通过了，其情况如图 20所示。

图 20

在这个阶段，如果U_DS保持不变，U_GS增加会导致导电沟道变厚，从而I_D变大。

MOS管预夹断的形成

（预夹断的形成是在理解初期的一个难点，这里的描述是参考了一些文献之后自己的理解，正确性还需要考证）

当U_GS>U_GSTH时，导电沟道形成，与S和D极连在一起形成了一个大的N型半导体。所以当在DS间加上正电压之后，电流可以在N型半导体中流动。

设想U_DS=0时，I_D=0，SiO2绝缘层与导电沟道之间的电场是均匀分布的，即从D到S的导电沟道一样厚。但是导电沟道作为导体的一部分，一定是有电阻的。随着U_DS的增加，I_D的增大，靠近S端的电势会比靠近N处的电势要低。这里很重要的一点是在这个过程中SiO2平面上各个点的电势是均匀的，所以在导电沟道不同点与SiO2之间的电场强度是不一样的。

如果以S端的电势为0的话，随着ID的不断增大，D点的电势会达到UGS-UGSTH。此时UG与UD之间的电势差为UGSTH，此时靠近D点处的电势差恰好达到可以产生导电沟道的情况，于是在D极处就开始出现如图 21所示的预夹断。

图 21

随着I_D的继续增大，预夹断的点会不断往左移动，如图 22所示。但是无论如何移动，预夹断点与G之间的电压差保持为|U_GSTH|。

图 22

另外非常重要的一点是，在预夹断的区域内，纵向的电势差不足以出现导电沟道，但是由于DS间的电势差都落在了这段预夹断区域内（即D极至夹断点区域内，且方向是从D极横向指向夹断点），于是夹断区内有很强的横向电场。于是当载流子到达夹断区边沿时，会被电场拉出，从D极输出。所以预夹断并不是不能导电，反而可以很好地完成导电。

预夹断的过程中I_D为什么不变

有了以上认识就可以解释为什么在预夹断过程中U_DS继续增大，I_D的值可以保持不变。在进入预夹断之后，U_DS继续增大的过程中，夹断点不断向S极移动，但是保持了夹断点和S极之间的电压保持不变（数值上等于|U_GSTH|）。即增加的U_DS的电压全部落在了夹断区内。（这里有一点没法从原理上解释，但是可以从结果反推，就是虽然导电沟道的长度在缩短，但是电阻值没有什么变化）于是I_D的值保持不变。

当反向电压达到一定程度的时候就出现了反向击穿，场效应管就坏了。

场效应管的特性曲线

图 23

图 24

图 23和图 24的左侧为漏极输出特性曲线，右侧为转移特性曲线。

特性曲线中在V_GS=-4V的曲线下方可以成为截止区，该区域的情况是V_GS还没有到达导电沟道导通电压，整个MOS管还没有开始导电。

可变电阻区又称为放大区，在V_DS一定的的情况下I_D的大小直接受到V_GS的控制，且基本为线性关系。注意三极管中的放大区和MOS管的放大区有很大区别，不能觉得是相似的。

恒流区又称为饱和区，此时I_D大小只收到V_GS的控制，V_DS变化过程中I_D的大小不变。

场效应管的符号

场效应管的分类列表如下:

图 25

1. 结型场效应管（JFET）和绝缘栅性场效应管（MOSFET）的区别

图 26

本文中详细介绍的是绝缘栅型场效应管，如图 26右侧图所示。而左侧这种结构称为结型场效应管，其工作原理大致如下：

在U_GS没有电压的情况下，在两个P区之间形成N区通道，连接着D极和S极。当U_DS有电压时在N型半导体内形成电流。当G、S间加上反向电压U_GS后（所谓反向电压是指从N区指向P区的电压），在电场力作用下N区通道逐渐变窄，直至消失，从而I_D减为0。其特性曲线如图 27所示。

图 27

1. 增强型绝缘栅晶体管和耗尽型绝缘栅晶体管

图 28

本文中详细介绍的是增强型绝缘栅型场效应管，耗尽型绝缘栅型场效应管在SiO2绝缘层中掺杂了大量的金属正离子，所以在U_GS没有电压的情况下这些正离子感应出反型层，形成导电沟道；于是U_GS的作用就是抑制导电沟道。

1. P沟道还是N沟道

   就是中间的半导体类型是P还是N。

2. 符号的说明

只有一根垂直线的为结型场效应管；两个线的为绝缘栅型晶体管。

第二根线为虚线，为增强型绝缘栅型晶体管；为实线的为耗尽型晶体管。

箭头永远从P指向N，而且永远是从G（漏）极输出。结型场效应管和绝缘栅型晶体管箭头作用看起来有点反的原因是G极的位置不同了。