mos管直流特性

MOS管种类与结构

MOSFET管(guan)是FET的(de)一种（另一种是JFET），可以被(bei)制造(zao)成增强(qiang)型或(huo)(huo)(huo)耗尽型，P沟(gou)道或(huo)(huo)(huo)N沟(gou)道共4种类(lei)型，但(dan)实际应用的(de)只有增强(qiang)型的(de)N沟(gou)道MOS 管(guan)和增强(qiang)型的(de)P沟(gou)道MOS管(guan)，所以通(tong)常(chang)提到NMOS，或(huo)(huo)(huo)者PMOS指的(de)就是这两(liang)种。

对于这(zhei)(zhei)两(liang)种增强型MOS管(guan)，比较常(chang)用的(de)是(shi)NMOS。原(yuan)因是(shi)导通电(dian)(dian)阻小，且容(rong)易制造(zao)。所以开(kai)关电(dian)(dian)源(yuan)和马达驱动的(de)应用中，一般(ban)都用NMOS。下面的(de)介(jie)绍(shao)中，也多以NMOS为(wei)主。MOS管(guan)的(de)三个管(guan)脚之间有寄(ji)生(sheng)电(dian)(dian)容(rong)存(cun)在(zai)，这(zhei)(zhei)不是(shi)我们(men)需要的(de)，而是(shi)由于制造(zao)工艺限制产生(sheng)的(de)。寄(ji)生(sheng)电(dian)(dian)容(rong)的(de)存(cun)在(zai)使得(de)在(zai)设计或(huo)选择驱动电(dian)(dian)路的(de)时候要麻烦一些，但没有办(ban)法避(bi)免，后边(bian)再(zai)详细介(jie)绍(shao)。

在(zai)MOS管原理(li)图(tu)上可以看到，漏极(ji)(ji)和(he)源极(ji)(ji)之间有(you)一个(ge)寄生二(er)极(ji)(ji)管。这(zhei)个(ge)叫体二(er)极(ji)(ji)管，在(zai)驱动感性负载（如马(ma)达），这(zhei)个(ge)二(er)极(ji)(ji)管很重要。顺(shun)便说一句，体二(er)极(ji)(ji)管只在(zai)单个(ge)的 MOS 管中(zhong)存在(zai)，在(zai)集成电路芯片(pian)内部通常(chang)是没有(you)的。

MOS管导通特性

导(dao)通(tong)(tong)的意思是(shi)作(zuo)为开(kai)关(guan)，相当于(yu)(yu)(yu)开(kai)关(guan)闭合。NMOS 的特性，Vgs 大(da)(da)于(yu)(yu)(yu)一定(ding)的值就会导(dao)通(tong)(tong)，适(shi)合用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)源极接地时的情况（低端驱(qu)动），只(zhi)要栅极电压达到(dao) 4V 或 10V 就可以了。PMOS的特性，Vgs 小于(yu)(yu)(yu)一定(ding)的值就会导(dao)通(tong)(tong)，适(shi)合用(yong)(yong)于(yu)(yu)(yu)源极接VCC时的情况（高(gao)端驱(qu)动）。但是(shi)，虽然PMOS 可以很方(fang)便地用(yong)(yong)作(zuo)高(gao)端驱(qu)动，但由(you)于(yu)(yu)(yu)导(dao)通(tong)(tong)电阻大(da)(da)，价(jia)格贵，替换(huan)种类少等原因，在高(gao)端驱(qu)动中，通(tong)(tong)常还是(shi)使用(yong)(yong)NMOS。

JFET与MOSFET直流特性分析和比较

场(chang)效应(ying)管是一种利用电场(chang)效应(ying)来控(kong)制其(qi)电流大(da)小的(de)(de)(de)半导体器件(jian)，根(gen)据结构的(de)(de)(de)不同，场(chang)效应(ying)管可分(fen)(fen)为(wei)两大(da)类：结型(xing)场(chang)效应(ying)管(JEFT)和(he)绝缘栅(zha)场(chang)效应(ying)管(MOSFET)，在(zai)分(fen)(fen)析比较它们的(de)(de)(de)直流特性之前，首先对它们的(de)(de)(de)结构和(he)原理作简单(dan)的(de)(de)(de)比较。JFET按导电沟(gou)(gou)道(dao)(dao)可分(fen)(fen)为(wei)N沟(gou)(gou)道(dao)(dao)和(he)P沟(gou)(gou)型(xing)，按零(ling)栅(zha)压(ya)(U GS =0)时器件(jian)的(de)(de)(de)工(gong)作状态，又可分(fen)(fen)为(wei)增(zeng)强型(xing)(常关(guan)型(xing))和(he)耗尽型(xing)(常开型(xing))两种，因此 JFET 可以分(fen)(fen)为(wei)四种类型(xing)。

同样的(de)(de)，对(dui)(dui)于MOSFET也是如此(ci)，也分(fen)为(wei)四种类(lei)(lei)型(xing)(xing)即：N沟(gou)耗(hao)尽型(xing)(xing)、N沟(gou)增强(qiang)型(xing)(xing)、P沟(gou)耗(hao)尽型(xing)(xing)、P沟(gou)增强(qiang)型(xing)(xing)。在下面对(dui)(dui)JFET和MOSFET的(de)(de)分(fen)析(xi)对(dui)(dui)比(bi)中，都以 N 沟(gou)类(lei)(lei)型(xing)(xing)的(de)(de)场效(xiao)应管为(wei)例，进行(xing)说明其他种类(lei)(lei)的(de)(de)场效(xiao)应管的(de)(de)原(yuan)理与(yu)分(fen)析(xi)方法(fa)类(lei)(lei)似。

JFET的工作原理及输出、转移特性

N 沟道(dao)JFET工(gong)作(zuo)时(shi) ，在(zai)栅极(ji)(ji)和源极(ji)(ji)之间(jian)需要加一负电压(ya)(VGS<0)，使(shi)(shi)得栅极(ji)(ji)、沟道(dao)间(jian)的PN结反偏(pian)，栅极(ji)(ji)电流(liu)(liu)iG≈0。在(zai)漏极(ji)(ji)与源极(ji)(ji)间(jian)加一正电压(ya)(VDS >0)，使(shi)(shi)N沟道(dao)中的多(duo)数载流(liu)(liu)子(电子)在(zai)电场作(zuo)用下由源极(ji)(ji)向漏极(ji)(ji)运(yun)动，形成电流(liu)(liu)iD。其大(da)小受VGS控(kong)制(zhi)，VGS在(zai)JFET结构中主要通过(guo)控(kong)制(zhi)沟道(dao)电阻(zu)，来控(kong)制(zhi)ID的大(da)小。通过(guo)设置(zhi)不(bu)同的VGS和VDS便(bian)可以使(shi)(shi)得JFET工(gong)作(zuo)在(zai)不(bu)同的状态下。

当 U DS 为一(yi)定值时，漏源(yuan)电(dian)(dian)(dian)流IDS的(de)(de)大小随栅源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)UGS的(de)(de)改变(bian)(bian)而变(bian)(bian)化(hua)，这(zhei)是因为栅结耗(hao)尽(jin)层厚度(du)是随栅源(yuan)电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)变(bian)(bian)化(hua)而变(bian)(bian)化(hua)的(de)(de)，因此(ci)也使得(de)导(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)沟道(dao)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)发生变(bian)(bian)化(hua)，致使ID也相(xiang)应变(bian)(bian)化(hua)。如图 1-1(a)所(suo)示的(de)(de) PN 结，栅耗(hao)尽(jin)区(qu)的(de)(de)大部(bu)分扩(kuo)展在(zai)PN结的(de)(de)N区(qu)一(yi)侧，栅PN结上的(de)(de)反偏电(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)越大，耗(hao)尽(jin)区(qu)就会(hui)越宽，因而使夹在(zai)上下两耗(hao)尽(jin)区(qu)之间的(de)(de)导(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)沟道(dao)截面积减(jian)(jian)小，导(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)沟道(dao)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)增加，致使通过它的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)流减(jian)(jian)小。反之，会(hui)使得(de)漏极(ji)电(dian)(dian)(dian)流变(bian)(bian)大。

当(dang)负栅压(ya)很高时，整个沟道从源(yuan)到漏(lou)被空间电(dian)荷区所占满，此(ci)时即使在漏(lou)源(yuan)之(zhi)间加(jia)上偏压(ya)，沟道中叶不(bu)会有电(dian)流(liu)通过，此(ci)时JFET处于截止(zhi)状态。

当UGS一定时(shi)(shi)，在(zai)图1-1(a)所示的N沟(gou)JFET两端之间加(jia)(jia)(jia)上一正电(dian)(dian)(dian)压(ya)UDS ，由于沟(gou)道(dao)(dao)相当于一个电(dian)(dian)(dian)阻，因此(ci)(ci)此(ci)(ci)时(shi)(shi)将有电(dian)(dian)(dian)流经过沟(gou)道(dao)(dao)从(cong)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)流向源极(ji)。当UDS增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)时(shi)(shi)漏(lou)(lou)(lou)源电(dian)(dian)(dian)流也随之增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，同时(shi)(shi)漏(lou)(lou)(lou)源电(dian)(dian)(dian)流在(zai)沟(gou)道(dao)(dao)电(dian)(dian)(dian)阻上产生的压(ya)降也随之增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，靠近漏(lou)(lou)(lou)极(ji)端高，源极(ji)端低。漏(lou)(lou)(lou)极(ji)端正向压(ya)降使(shi)栅极(ji)PN结反偏，栅漏(lou)(lou)(lou)结的空(kong)间电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)区从(cong)沟(gou)道(dao)(dao)的两边向沟(gou)道(dao)(dao)的中心展宽，最终使(shi)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)端沟(gou)道(dao)(dao)被(bei)夹(jia)断。夹(jia)断后如果漏(lou)(lou)(lou)极(ji)电(dian)(dian)(dian)压(ya)进一步增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，U DS主要落在(zai)空(kong)间电(dian)(dian)(dian)荷(he)(he)层上，对(dui)沟(gou)道(dao)(dao)载流子的作用减弱，所以(yi)即使(shi)UDS 继(ji)续(xu)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)，漏(lou)(lou)(lou)源电(dian)(dian)(dian)流也基本不变，此(ci)(ci)时(shi)(shi)处于饱(bao)和状态。此(ci)(ci)后，若(ruo)UDS 仍继(ji)续(xu)增(zeng)(zeng)(zeng)(zeng)加(jia)(jia)(jia)至(zhi)PN结反向击穿电(dian)(dian)(dian)压(ya)时(shi)(shi)，JFET 就会(hui)发生击穿。

通过(guo)以(yi)上(shang)分析，可(ke)以(yi)得到(dao)JFET共源极输出特性曲线和相应(ying)的转移(yi)特性曲线如图 2-1所示。

MOS管的转移性特性

MOS 场效应管的栅(zha)极和(he)半导体之(zhi)间被(bei)氧化硅层阻隔(ge)，器件导通时只有从漏(lou)极经过沟道到源(yuan)极这一条电(dian)流通路。

通过以上分析，同样(yang)根据式(1-1)和(he)(1-2)对输出(chu)特性(xing)(xing)(xing)和(he)转移特性(xing)(xing)(xing)的(de)定义，可以得到NMOS的(de)输出(chu)和(he)转移特性(xing)(xing)(xing)曲线如图(tu)2-2所示：

mos管直流特性-电压特性

mos管直流特性之直流参数

1、 饱(bao)和漏(lou)极电流IDSS

当栅(zha)源(yuan)电压(ya)UGS=0时(shi)，漏源(yuan)电压(ya)UGS大(da)于夹(jia)断(duan)电压(ya)UP时(shi)对应的(de)漏极电流。对于JFET，就(jiu)是UGS=0时(shi)出(chu)现(xian)预夹(jia)断(duan)时(shi)所(suo)对应的(de)漏极电流。

2、 夹断电压UP

当(dang)漏(lou)(lou)源(yuan)电压一定时，使(shi)漏(lou)(lou)极电流iD减(jian)小(xiao)到某一微小(xiao)电流时所需的(de)栅(zha)源(yuan)电压UGS的(de)值。对于(yu)JFET和耗尽型(xing)MOSFET，夹断电压UP大致就是转移特(te)性曲线与横轴焦点对应的(de)UGS。

3、 开启电压(ya)UT

当(dang)UDS一定时，漏极电(dian)流iD达到(dao)某(mou)一数值时所需(xu)加的(de)(de)UGS的(de)(de)值。对(dui)于(yu)增(zeng)(zeng)强型场效应管(guan)，开(kai)(kai)启电(dian)压(ya)(ya)UT大致就是转移(yi)特性曲线与(yu)横轴焦点对(dui)应的(de)(de) UGS 。开(kai)(kai)启电(dian)压(ya)(ya)与(yu)夹断(duan)电(dian)压(ya)(ya)的(de)(de)区别在于(yu)其针对(dui)的(de)(de)对(dui)象不同，开(kai)(kai)启电(dian)压(ya)(ya)是针对(dui)增(zeng)(zeng)强的(de)(de)MOS管(guan)而(er)言的(de)(de)，而(er)夹断(duan)电(dian)压(ya)(ya)时针对(dui)JFET或(huo)耗尽型MOS管(guan)而(er)言的(de)(de)。

4、 直流输入电阻RGS

R GS 是栅源电压UGS与产生的栅极(ji)(ji)电流之(zhi)比，由于场效(xiao)应管的栅极(ji)(ji)几乎没有电流，因此(ci)输(shu)入电阻(zu)很高。

联(lian)系方式：邹先(xian)生

联系(xi)电话：0755-83888366-8022

手(shou)机(ji)：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公庙天安数码(ma)城天吉(ji)大厦CD座5C1

请搜微信公众(zhong)号:“KIA半导体”或(huo)扫一扫下图“关注(zhu)”官方微信公众号

请“关注”官方(fang)微(wei)信(xin)公众号(hao):提供(gong) MOS管 技术帮助