MOS管四個(gè)區(qū)域詳解

下面講述MOS管場(chǎng)效應(yīng)管的四個(gè)區(qū)域：

1）可變電阻區(qū)（也稱非飽和區(qū)）

滿足Ucs》Ucs（th）（開啟電壓），uDs《UGs-Ucs（th），為圖中預(yù)夾斷軌跡左邊的區(qū)域其溝道開啟。在該區(qū)域UDs值較小，溝道電阻基本上僅受UGs控制。當(dāng)uGs一定時(shí)，ip與uDs成線性關(guān)系，該區(qū)域近似為一組直線。這時(shí)場(chǎng)效管D、S間相當(dāng)于一個(gè)受電壓UGS控制的可變電阻。

2）恒流區(qū)（也稱飽和區(qū)、放大區(qū)、有源區(qū)）

滿足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），為圖中預(yù)夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)uGs一定時(shí)，ib幾乎不隨UDs而變化，呈恒流特性。i僅受UGs控制，這時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管D、S間相當(dāng)于一個(gè)受電壓uGs控制的電流源。場(chǎng)效應(yīng)管用于放大電路時(shí)，一般就工作在該區(qū)域，所以也稱為放大區(qū)。

3）夾斷區(qū)（也稱截止區(qū)）

夾斷區(qū)（也稱截止區(qū)）滿足ucs《Ues（th）為圖中靠近橫軸的區(qū)域，其溝道被全部夾斷，稱為全夾斷，io=0，管子不工作。

4）擊穿區(qū)位

擊穿區(qū)位于圖中右邊的區(qū)域。隨著UDs的不斷增大，pn結(jié)因承受太大的反向電壓而擊穿，ip急劇增加。工作時(shí)應(yīng)避免管子工作在擊穿區(qū)。

轉(zhuǎn)移特性曲線可以從輸出特性曲線。上用作圖的方法求得。例如在下圖（ a）中作Ubs=6V的垂直線，將其與各條曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的i、Us值在ib- Uss 坐標(biāo)中連成曲線，即得到轉(zhuǎn)移性曲線，如圖下（b）所示。

mos場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)

場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但普通運(yùn)用時(shí)只需關(guān)注以下主要參數(shù)：飽和漏源電流IDSS夾斷電壓Up，（結(jié)型管和耗盡型絕緣柵管，或開啟電壓UT（加強(qiáng)型絕緣柵管）、跨導(dǎo)gm、漏源擊穿電壓BUDS、最大耗散功率PDSM和最大漏源電流IDSM。

（1）飽和漏源電流

飽和漏源電流IDSS是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電壓UGS＝0時(shí)的漏源電流。

（2）夾斷電壓

夾斷電壓UP是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。如同4-25所示為N溝道管的UGS一ID曲線，可明白看出IDSS和UP的意義。如圖4-26所示為P溝道管的UGS-ID曲線。

（3）開啟電壓

開啟電壓UT是指加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。如圖4-27所示為N溝道管的UGS-ID曲線，可明白看出UT的意義。如圖4-28所示為P溝道管的UGS-ID曲線。

（4）跨導(dǎo)

跨導(dǎo)gm是表示柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制才能，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。9m是權(quán)衡場(chǎng)效應(yīng)管放大才能的重要參數(shù)。（5）漏源擊穿電壓

漏源擊穿電壓BUDS是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能接受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必需小于BUDS。

（6）最大耗散功率

最大耗散功率PDSM也是—項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。運(yùn)用時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)踐功耗應(yīng)小于PDSM并留有—定余量。

（7）最大漏源電流

最大漏源電流IDSM是另一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許經(jīng)過的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超越IDSM。

如何判斷MOS管場(chǎng)效應(yīng)管工作在那個(gè)區(qū)域

（一）溝道長(zhǎng)度修正

當(dāng)V_DS>V_GS-V_TH時(shí)，溝道中出現(xiàn)夾斷效應(yīng)，溝道的長(zhǎng)度對(duì)略微減小。很多場(chǎng)景我們可以忽略這個(gè)長(zhǎng)度的變化，但是當(dāng)精度要求比較高的時(shí)候，我們就需要把溝道長(zhǎng)度的變化考慮進(jìn)來。看下面式子

因?yàn)闇系赖挠行чL(zhǎng)度L會(huì)隨著V_DS的增大而略微減小，所以I_D會(huì)隨著V_DS的增大而略微增大。我們可以用下面式子來表示I_D

這里如果不考慮溝道長(zhǎng)度變化，V_A為無窮大，考慮溝道長(zhǎng)度變化時(shí)，V_A為有限值。I_D隨V_DS的變化的伏安特性曲線為：

（二）MOSFET的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特性總結(jié)

1、MOSFET由金屬層-絕緣層-半導(dǎo)體基板三層結(jié)構(gòu)組成。現(xiàn)在絕大多數(shù)金屬層以多晶硅取代金屬作為其柵極材料，但是原理不變。絕緣層通常是二氧化硅。

2、MOSFET是對(duì)稱的，只有柵極是確定的，哪一端是源級(jí)，哪一端是漏極只有加載了電壓才能確定。對(duì)于NMOS來說，它靠電子導(dǎo)電，電子的“源泉”定義為源級(jí)。所以電壓低的一端是源級(jí)，電壓高的一端是漏極。（NMOS和PMOS的特點(diǎn)和區(qū)別下期詳細(xì)介紹）

3、溝道中電荷數(shù)量不是均勻分布的，靠近源級(jí)的一端電荷數(shù)量多，靠近漏極的一端電荷數(shù)量少。

4、當(dāng)柵極電壓超過源級(jí)電壓V_TH時(shí)，溝道中就聚集了足夠多的電荷，只要源級(jí)和漏極有電壓差，在電壓的驅(qū)使下，這些電荷就能流動(dòng)形成電流。

5、伏安特性曲線表達(dá)式：

① 當(dāng) V_GS<=V_TH時(shí)，稱為截止區(qū)，源級(jí)與漏極不導(dǎo)電。

② 當(dāng) V_GS>V_TH && V_DS<=V_GS-V_TH時(shí)，源級(jí)和漏極之間導(dǎo)電，I_D即和V_GS有關(guān)，又和V_DS有關(guān)，稱為三級(jí)區(qū)。（數(shù)字電路通常工作在三級(jí)區(qū)，關(guān)注我，后面會(huì)慢慢講到）

③ 當(dāng) V_GS>V_TH && V_DS>V_GS-V_TH時(shí)，源級(jí)和漏極之間導(dǎo)電，溝道中存在夾斷效應(yīng)，I_D只和V_GS有關(guān)（在不考慮溝道長(zhǎng)度變化的情況下），此時(shí)，MOSFET為一個(gè)受控電流源，受V_GS控制，此時(shí)稱為飽和區(qū)。
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