MOS管,场效应管,MOS管四个区域

MOS管四个区域详解

下面(mian)讲述MOS管场效应(ying)管的四(si)个区域：

1）可变电阻区(qu)(qu)（也称(cheng)非饱(bao)和区(qu)(qu)）

满足Ucs》Ucs（th）（开启电(dian)(dian)压），uDs《UGs-Ucs（th），为(wei)图中预夹(jia)断(duan)轨迹左边的区域其(qi)沟(gou)道开启。在该(gai)区域UDs值较(jiao)小(xiao)，沟(gou)道电(dian)(dian)阻基本上仅受(shou)UGs控(kong)制(zhi)。当uGs一(yi)定时(shi)，ip与uDs成线性关系，该(gai)区域近似为(wei)一(yi)组直(zhi)线。这时(shi)场效管D、S间相当于一(yi)个(ge)受(shou)电(dian)(dian)压UGS控(kong)制(zhi)的可变电(dian)(dian)阻。

2）恒流区(qu)（也称饱和区(qu)、放(fang)大区(qu)、有源区(qu)）

满足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），为(wei)图中预夹(jia)断轨迹右边、但尚未击穿的(de)区(qu)(qu)域，在该区(qu)(qu)域内，当uGs一(yi)(yi)定(ding)时，ib几乎不随UDs而(er)变化，呈恒流特性(xing)。i仅受(shou)UGs控(kong)制，这时场效应(ying)管D、S间相当于一(yi)(yi)个受(shou)电压uGs控(kong)制的(de)电流源。场效应(ying)管用于放(fang)大(da)电路时，一(yi)(yi)般就工作(zuo)在该区(qu)(qu)域，所以也称为(wei)放(fang)大(da)区(qu)(qu)。

3）夹断(duan)区（也称截止(zhi)区）

夹(jia)断区（也称(cheng)截止区）满足ucs《Ues（th）为(wei)图中靠近横轴(zhou)的区域，其沟道被(bei)全部(bu)夹(jia)断，称(cheng)为(wei)全夹(jia)断，io=0，管子(zi)不工(gong)作。

4）击(ji)穿区位

击(ji)穿区(qu)(qu)位(wei)于图中右(you)边(bian)的(de)区(qu)(qu)域。随着UDs的(de)不断增(zeng)大，pn结(jie)因承受太(tai)大的(de)反向电压而击(ji)穿，ip急剧(ju)增(zeng)加。工作时(shi)应避(bi)免管子工作在击(ji)穿区(qu)(qu)。

转移特性曲(qu)线(xian)可以从输出特性曲(qu)线(xian)。上用作(zuo)图的(de)方法(fa)求(qiu)得。例如(ru)在下图（ a）中作(zuo)Ubs=6V的(de)垂直线(xian)，将(jiang)其与(yu)各条曲(qu)线(xian)的(de)交点对应(ying)的(de)i、Us值在ib- Uss 坐标中连成曲(qu)线(xian)，即得到转移性曲(qu)线(xian)，如(ru)图下（b）所示。

mos场效应管的参数

场效应(ying)管的参(can)(can)数(shu)很多，包(bao)括直流(liu)参(can)(can)数(shu)、交流(liu)参(can)(can)数(shu)和(he)(he)极限(xian)参(can)(can)数(shu)，但普(pu)通运用时只需关注以下主(zhu)要(yao)参(can)(can)数(shu)：饱和(he)(he)漏(lou)源电流(liu)IDSS夹断电压Up，（结型(xing)管和(he)(he)耗尽型(xing)绝缘栅管，或开启电压UT（加强型(xing)绝缘栅管）、跨导gm、漏(lou)源击穿电压BUDS、最大(da)耗散(san)功率(lv)PDSM和(he)(he)最大(da)漏(lou)源电流(liu)IDSM。

（1）饱和漏源电流

饱和漏源电(dian)(dian)流IDSS是指结型或耗尽型绝(jue)缘栅场(chang)效应(ying)管(guan)中(zhong)，栅极电(dian)(dian)压(ya)UGS＝0时(shi)的漏源电(dian)(dian)流。

（2）夹断电压(ya)

夹断电压(ya)UP是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管(guan)中，使(shi)漏源间刚截止时的(de)栅极(ji)电压(ya)。如(ru)同4-25所(suo)示(shi)为N沟(gou)道管(guan)的(de)UGS一(yi)ID曲线，可明白看出IDSS和(he)UP的(de)意义。如(ru)图4-26所(suo)示(shi)为P沟(gou)道管(guan)的(de)UGS-ID曲线。

（3）开启电压

开启电(dian)压UT是(shi)指加强型绝缘栅(zha)场效(xiao)应(ying)管中，使漏源间刚导通时的栅(zha)极电(dian)压。如图4-27所(suo)示(shi)为N沟(gou)道(dao)管的UGS-ID曲线，可明白看出UT的意(yi)义。如图4-28所(suo)示(shi)为P沟(gou)道(dao)管的UGS-ID曲线。

（4）跨导(dao)

跨导gm是表示栅源(yuan)电(dian)压UGS对漏极电(dian)流(liu)ID的(de)(de)控制才(cai)能，即漏极电(dian)流(liu)ID变(bian)化量(liang)与栅源(yuan)电(dian)压UGS变(bian)化量(liang)的(de)(de)比(bi)值。9m是权衡场效应管(guan)放大才(cai)能的(de)(de)重要参(can)数。（5）漏源(yuan)击穿电(dian)压

漏(lou)源(yuan)击(ji)穿(chuan)电(dian)压(ya)BUDS是(shi)(shi)指(zhi)栅(zha)源(yuan)电(dian)压(ya)UGS一定(ding)时，场(chang)效应管(guan)正常工作所能接受的(de)最大漏(lou)源(yuan)电(dian)压(ya)。这是(shi)(shi)一项极限参数，加(jia)在场(chang)效应管(guan)上的(de)工作电(dian)压(ya)必需小于BUDS。

（6）最大耗散(san)功率

最(zui)大(da)(da)耗散功率PDSM也是—项极限参(can)数，是指场效应管(guan)性(xing)能不变坏时所(suo)允许的最(zui)大(da)(da)漏源耗散功率。运用时场效应管(guan)实践功耗应小于PDSM并留有(you)—定余量。

（7）最大漏源电流

最(zui)大(da)漏源(yuan)电(dian)流(liu)IDSM是另一项极限(xian)参(can)数，是指(zhi)场效(xiao)应管正常工作(zuo)时，漏源(yuan)间(jian)所允(yun)许经(jing)过的最(zui)大(da)电(dian)流(liu)。场效(xiao)应管的工作(zuo)电(dian)流(liu)不应超越IDSM。

如何判断MOS管场效应管工作在那个区域

（一）沟道长度修正

当(dang)(dang)V_DS>V_GS-V_TH时(shi)(shi)，沟道中出现夹断(duan)效应，沟道的(de)(de)长度对略微减小。很多场景(jing)我们可以忽略这个长度的(de)(de)变化，但是当(dang)(dang)精度要求比较(jiao)高的(de)(de)时(shi)(shi)候，我们就需要把沟道长度的(de)(de)变化考虑进来。看(kan)下面式子

因(yin)为沟道(dao)的有效长度L会(hui)随(sui)着(zhe)V_DS的增大而略(lve)微(wei)减小(xiao)，所以(yi)I_D会(hui)随(sui)着(zhe)V_DS的增大而略(lve)微(wei)增大。我们可以(yi)用下面式(shi)子来表示(shi)I_D

这(zhei)里如果(guo)不考(kao)虑(lv)沟道(dao)长(zhang)度变化(hua)，V_A为无(wu)穷(qiong)大，考(kao)虑(lv)沟道(dao)长(zhang)度变化(hua)时，V_A为有限(xian)值(zhi)。I_D随V_DS的变化(hua)的伏(fu)安(an)特性曲(qu)线(xian)为：

（二）MOSFET的结构和电学特性总结

1、MOSFET由金属层-绝缘层-半导(dao)体基板三层结构组成。现在(zai)绝大多(duo)数(shu)金属层(ceng)以(yi)多(duo)晶硅(gui)取(qu)代金属作(zuo)为(wei)其栅极材(cai)料，但是原理不(bu)变。绝缘层(ceng)通常是二氧(yang)化(hua)硅(gui)。

2、MOSFET是(shi)对(dui)称(cheng)的，只有栅(zha)极(ji)是(shi)确定(ding)的，哪一(yi)端是(shi)源(yuan)级，哪一(yi)端是(shi)漏极(ji)只有加载了电压才能确定(ding)。对(dui)于NMOS来说，它靠电子导电，电子的“源(yuan)泉”定(ding)义为(wei)源(yuan)级。所以电压低的一(yi)端是(shi)源(yuan)级，电压高的一(yi)端是(shi)漏极(ji)。（NMOS和(he)PMOS的特点(dian)和(he)区(qu)别下期详细介绍）

3、沟(gou)道中电(dian)荷(he)数(shu)量(liang)不是均匀分(fen)布的(de)，靠(kao)近(jin)(jin)源(yuan)级的(de)一(yi)端(duan)(duan)电(dian)荷(he)数(shu)量(liang)多(duo)，靠(kao)近(jin)(jin)漏极的(de)一(yi)端(duan)(duan)电(dian)荷(he)数(shu)量(liang)少。

4、当栅极电压超过(guo)源级(ji)电压V_TH时，沟道中(zhong)就聚集了(le)足够(gou)多的电荷，只(zhi)要源级(ji)和漏极有(you)电压差，在电压的驱(qu)使下，这些电荷就能流动形成电流。

5、伏安特性曲线表达式(shi)：

① 当 V_GS<=V_TH时，称为截止区，源(yuan)级与漏极不(bu)导电(dian)。

② 当(dang) V_GS>V_TH && V_DS<=V_GS-V_TH时，源级(ji)和漏极之(zhi)间导电，I_D即和V_GS有关，又(you)和V_DS有关，称(cheng)为三级(ji)区(qu)(qu)。（数字(zi)电路通常工作(zuo)在三级(ji)区(qu)(qu)，关注我，后面会慢(man)慢(man)讲到）

③ 当 V_GS>V_TH && V_DS>V_GS-V_TH时，源(yuan)级和(he)(he)漏极之间(jian)导电(dian)，沟(gou)道中存(cun)在夹断效(xiao)应(ying)，I_D只和(he)(he)V_GS有关(guan)（在不考虑沟(gou)道长度(du)变化的(de)情况下），此时，MOSFET为一个(ge)受控(kong)电(dian)流源(yuan)，受V_GS控(kong)制，此时称为饱和(he)(he)区。

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