mos管饱和区电流公式与MOS的其他三个区域解析

mos场效应管四个区域

本文主要(yao)讲mos管(guan)饱和区电流公式，但(dan)是我们先来(lai)看一下mos场(chang)效应管(guan)四个区域详解(jie)。

1）可变电(dian)阻区（也称非饱和区）

满足Ucs》Ucs（th）（开启电(dian)压），uDs《UGs-Ucs（th），为(wei)(wei)图中预夹断轨(gui)迹左边的(de)区域(yu)其沟道开启。在该区域(yu)UDs值(zhi)较(jiao)小，沟道电(dian)阻基本(ben)上仅受(shou)UGs控制。当(dang)uGs一(yi)定(ding)时(shi)，ip与uDs成线(xian)性关系，该区域(yu)近(jin)似为(wei)(wei)一(yi)组直线(xian)。这时(shi)场效管D、S间(jian)相当(dang)于一(yi)个受(shou)电(dian)压UGS控制的(de)可变电(dian)阻。

2）恒流区（也称饱和(he)区、放大区、有源区）

满足(zu)Ucs≥Ucs（h）且(qie)Ubs≥UcsUssth），为(wei)图中(zhong)预(yu)夹断(duan)轨迹右边、但尚(shang)未击穿的(de)区(qu)域(yu)，在该(gai)区(qu)域(yu)内，当uGs一(yi)定时(shi)，ib几乎不随UDs而(er)变化(hua)，呈恒(heng)流(liu)(liu)特性。i仅受UGs控(kong)制，这(zhei)时(shi)场效应管D、S间相当于一(yi)个受电压uGs控(kong)制的(de)电流(liu)(liu)源(yuan)。场效应管用于放(fang)大(da)电路时(shi)，一(yi)般就工作(zuo)在该(gai)区(qu)域(yu)，所以(yi)也称(cheng)为(wei)放(fang)大(da)区(qu)。

3）夹断(duan)区（也称(cheng)截(jie)止区）

夹(jia)(jia)断区(qu)（也(ye)称截止区(qu)）满足ucs《Ues（th）为图中靠近横轴(zhou)的区(qu)域(yu)，其沟道被(bei)全部夹(jia)(jia)断，称为全夹(jia)(jia)断，io=0，管子(zi)不(bu)工作。

4）击穿区位(wei)

击穿(chuan)(chuan)区位于图中右边的(de)(de)(de)区域。随着UDs的(de)(de)(de)不断增大，PN结因承受太(tai)大的(de)(de)(de)反(fan)向电压而击穿(chuan)(chuan)，ip急(ji)剧增加。工作(zuo)(zuo)时应避免管子工作(zuo)(zuo)在击穿(chuan)(chuan)区。

转(zhuan)移(yi)特(te)性曲(qu)线(xian)可(ke)以从(cong)输出特(te)性曲(qu)线(xian)。上(shang)用作图的方法求得(de)。例(li)如(ru)在(zai)图3（ a）中作Ubs=6V的垂直线(xian)，将其与各条曲(qu)线(xian)的交(jiao)点(dian)对应的i、Us值(zhi)在(zai)ib- Uss 坐标中连成曲(qu)线(xian)，即得(de)到转(zhuan)移(yi)性曲(qu)线(xian)，如(ru)图3（b）所示。

mos管饱和区电流公式及其详解

mos管(guan)饱和区(qu)电(dian)流公式(shi)，在强反型(xing)状(zhuang)态(tai)下(xia)饱和区(qu)中的(de)(de)(de)工作(zuo)。小信号参数的(de)(de)(de)值因MOS晶(jing)体(ti)管(guan)的(de)(de)(de)工作(zuo)区(qu)域而(er)变化。假定(ding)MOS晶(jing)体(ti)管(guan)处于VGS比阈值电(dian)压VT高(gao)得多的(de)(de)(de)强反型(xing)状(zhuang)态(tai)，而(er)且工作(zuo)在饱和区(qu)，求这种状(zhuang)况下(xia)的(de)(de)(de)小信号参数。

可(ke)将跨导gm表示如下：

在能够疏忽沟道长度调制效(xiao)应的状(zhuang)况(kuang)下(xia)，得到

这(zhei)个跨导gm能够用漏极电流ID表示(shi)为

也(ye)能够用(yong)漏(lou)极电流ID和栅极-源极间电压VGS表示为

体跨导gmb能够由(you)下式(shi)求得(de)：

由(you)式(shi)(1．18)和式(shi)(1.20)，能够分别导出(chu)

所以得到(dao)

应用式(1.18)，能够将漏(lou)极电导表示为

应用这些小(xiao)信号参数，能够将小(xiao)信号漏极电流id表示(shi)为下(xia)式：

MOS管的夹断区和饱和区的区别是什么

栅极电压(ya)(ya)可以产生沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)，也可以使(shi)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)消失——夹(jia)(jia)断(duan)(duan)；而源(yuan)-漏(lou)(lou)电压(ya)(ya)也有可能(neng)使(shi)MOSFET的(de)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)夹(jia)(jia)断(duan)(duan)（局(ju)部夹(jia)(jia)断(duan)(duan)），则沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)夹(jia)(jia)断(duan)(duan)的(de)电压(ya)(ya)对(dui)应有两(liang)个电压(ya)(ya)。一般，产生或者夹(jia)(jia)断(duan)(duan)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)的(de)栅极电压(ya)(ya)称为阈值电压(ya)(ya)VT，而使(shi)沟(gou)(gou)(gou)道(dao)(dao)夹(jia)(jia)断(duan)(duan)的(de)源(yuan)-漏(lou)(lou)电压(ya)(ya)往(wang)往(wang)称为饱和(he)电压(ya)(ya)Vsat，因为这时的(de)源(yuan)-漏(lou)(lou)电流最大(da)、并饱和(he)（即与源(yuan)-漏(lou)(lou)电压(ya)(ya)无关）。

（1） 耗尽型n-MOSFET：

耗(hao)尽型MOSFET在栅(zha)极电(dian)(dian)(dian)压为(wei)0时(shi)即存在沟道(dao)(dao)。当负栅(zha)电(dian)(dian)(dian)压增大到(dao)使(shi)沟道(dao)(dao)夹断(duan)（整个沟道(dao)(dao)均匀夹断(duan)）时(shi)，这(zhei)时(shi)的栅(zha)电(dian)(dian)(dian)压就称为(wei)夹断(duan)电(dian)(dian)(dian)压Vp——耗(hao)尽型MOSFET的阈(yu)值电(dian)(dian)(dian)压。

在VGS>Vp时，IDS=0，即为截止(zhi)状态。

在(zai)VGS<Vp时(shi)，存在(zai)沟(gou)道(dao)，IDS≠0：若(ruo)VDS较低，则为(wei)线性导电(dian)状(zhuang)态(tai)；若(ruo)VDS= (Vp－VGS)时(shi)，则沟(gou)道(dao)在(zai)漏(lou)极端附近(jin)处夹断(duan)（非整个(ge)沟(gou)道(dao)夹断(duan)），漏(lou)极电(dian)流(liu)达到最大——饱(bao)和(he)电(dian)流(liu)，这时(shi)的源(yuan)-漏(lou)电(dian)压(ya)就称为(wei)饱(bao)和(he)电(dian)压(ya)。饱(bao)和(he)电(dian)压(ya)也(ye)就是(shi)使沟(gou)道(dao)发生局部夹断(duan)时(shi)的源(yuan)-漏(lou)电(dian)压(ya)。在(zai)VDS≥Vsat=(Vp－VGS)即为(wei)MOSFET的饱(bao)和(he)区。

（2）增强型n-MOSFET：

增强(qiang)(qiang)型MOSFET在栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压(ya)为0时(shi)(shi)即不存在沟(gou)道。当正栅(zha)电(dian)(dian)压(ya)增大到出现(xian)沟(gou)道时(shi)(shi)，这时(shi)(shi)的(de)栅(zha)极(ji)电(dian)(dian)压(ya)特称为开启电(dian)(dian)压(ya)Vop——增强(qiang)(qiang)型MOSFET的(de)阈值电(dian)(dian)压(ya)。

在VGS<Vop时，没有沟道，则IDS=0，即为截(jie)止状态(tai)。

在VGS>Vop时，存在沟(gou)(gou)道，IDS≠0：若(ruo)VDS较(jiao)低，则为(wei)线(xian)性导电状态；若(ruo)VDS≥ (VGS－Vop)时，则沟(gou)(gou)道在漏(lou)极端附近处夹(jia)(jia)断（非整个沟(gou)(gou)道夹(jia)(jia)断），漏(lou)极电流达到(dao)最大(da)、并饱和，MOSFET即(ji)进入饱和状态。沟(gou)(gou)道开始夹(jia)(jia)断时的源-漏(lou)电压(ya)即(ji)为(wei)饱和电压(ya)Vsat= (VGS－Vop)。

（3）沟道夹断以后的导电性：

场效应(ying)晶(jing)体(ti)管(guan)是(shi)依(yi)靠(kao)多数(shu)载流(liu)子在沟道(dao)中的(de)导(dao)(dao)电(dian)来工作的(de)。没有沟道(dao)（栅(zha)极电(dian)压(ya)小于阈值(zhi)电(dian)压(ya)时），即不导(dao)(dao)电(dian)——截止状态。出(chu)现了(le)沟道(dao)（栅(zha)极电(dian)压(ya)大(da)(da)于阈值(zhi)电(dian)压(ya)时），即可导(dao)(dao)电(dian)；并且在源-漏电(dian)压(ya)增大(da)(da)到使得沟道(dao)在漏极端夹断以后，其电(dian)流(liu)达(da)到最大(da)(da)——饱和电(dian)流(liu)，即导(dao)(dao)电(dian)性能(neng)更好。为什么集(ji)电(dian)区能(neng)够很好地导(dao)(dao)电(dian)？

因为沟道(dao)(dao)夹(jia)断区(qu)(qu)实际上就是(shi)载流子(zi)被耗(hao)尽的区(qu)(qu)域(yu)，其(qi)中存在有沿(yan)着沟道(dao)(dao)方向的电场，所(suo)以(yi)(yi)只要有载流子(zi)到(dao)达夹(jia)断区(qu)(qu)边缘，就很容(rong)易(yi)被扫过(guo)夹(jia)断区(qu)(qu)而到(dao)达漏极(ji)——输出(chu)电流。可见，沟道(dao)(dao)夹(jia)断区(qu)(qu)与BJT的反偏集电结的势垒区(qu)(qu)类似，不但不起阻挡载流子(zi)的作用，而且还(hai)将(jiang)有利于载流子(zi)的通(tong)过(guo)。因此(ci)，沟道(dao)(dao)夹(jia)断以(yi)(yi)后(hou)，器件的输出(chu)电流饱和，即达到(dao)最大。

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