mos管直流特性

MOS管種類與結(jié)構(gòu)

MOSFET管是FET的一種（另一種是JFET），可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS 管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是這兩種。

對(duì)于這兩種增強(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用中，一般都用NMOS。下面的介紹中，也多以NMOS為主。MOS管的三個(gè)管腳之間有寄生電容存在，這不是我們需要的，而是由于制造工藝限制產(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細(xì)介紹。

在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（如馬達(dá)），這個(gè)二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個(gè)的 MOS 管中存在，在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的。

MOS管導(dǎo)通特性

導(dǎo)通的意思是作為開關(guān)，相當(dāng)于開關(guān)閉合。NMOS 的特性，Vgs 大于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接地時(shí)的情況（低端驅(qū)動(dòng)），只要柵極電壓達(dá)到 4V 或 10V 就可以了。PMOS的特性，Vgs 小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然PMOS 可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是使用NMOS。

JFET與MOSFET直流特性分析和比較

場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場效應(yīng)管可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管(JEFT)和絕緣柵場效應(yīng)管(MOSFET)，在分析比較它們的直流特性之前，首先對(duì)它們的結(jié)構(gòu)和原理作簡單的比較。JFET按導(dǎo)電溝道可分為N溝道和P溝型，按零柵壓(U GS =0)時(shí)器件的工作狀態(tài)，又可分為增強(qiáng)型(常關(guān)型)和耗盡型(常開型)兩種，因此 JFET 可以分為四種類型。

同樣的，對(duì)于MOSFET也是如此，也分為四種類型即：N溝耗盡型、N溝增強(qiáng)型、P溝耗盡型、P溝增強(qiáng)型。在下面對(duì)JFET和MOSFET的分析對(duì)比中，都以 N 溝類型的場效應(yīng)管為例，進(jìn)行說明其他種類的場效應(yīng)管的原理與分析方法類似。

JFET的工作原理及輸出、轉(zhuǎn)移特性

N 溝道JFET工作時(shí) ，在柵極和源極之間需要加一負(fù)電壓(VGS<0)，使得柵極、溝道間的PN結(jié)反偏，柵極電流iG≈0。在漏極與源極間加一正電壓(VDS >0)，使N溝道中的多數(shù)載流子(電子)在電場作用下由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成電流iD。其大小受VGS控制，VGS在JFET結(jié)構(gòu)中主要通過控制溝道電阻，來控制ID的大小。通過設(shè)置不同的VGS和VDS便可以使得JFET工作在不同的狀態(tài)下。

當(dāng) U DS 為一定值時(shí)，漏源電流IDS的大小隨柵源電壓UGS的改變而變化，這是因?yàn)闁沤Y(jié)耗盡層厚度是隨柵源電壓變化而變化的，因此也使得導(dǎo)電溝道電阻發(fā)生變化，致使ID也相應(yīng)變化。如圖 1-1(a)所示的 PN 結(jié)，柵耗盡區(qū)的大部分?jǐn)U展在PN結(jié)的N區(qū)一側(cè)，柵PN結(jié)上的反偏電壓越大，耗盡區(qū)就會(huì)越寬，因而使夾在上下兩耗盡區(qū)之間的導(dǎo)電溝道截面積減小，導(dǎo)電溝道電阻增加，致使通過它的電流減小。反之，會(huì)使得漏極電流變大。

當(dāng)負(fù)柵壓很高時(shí)，整個(gè)溝道從源到漏被空間電荷區(qū)所占滿，此時(shí)即使在漏源之間加上偏壓，溝道中葉不會(huì)有電流通過，此時(shí)JFET處于截止?fàn)顟B(tài)。

當(dāng)UGS一定時(shí)，在圖1-1(a)所示的N溝JFET兩端之間加上一正電壓UDS ，由于溝道相當(dāng)于一個(gè)電阻，因此此時(shí)將有電流經(jīng)過溝道從漏極流向源極。當(dāng)UDS增加時(shí)漏源電流也隨之增加，同時(shí)漏源電流在溝道電阻上產(chǎn)生的壓降也隨之增加，靠近漏極端高，源極端低。漏極端正向壓降使柵極PN結(jié)反偏，柵漏結(jié)的空間電荷區(qū)從溝道的兩邊向溝道的中心展寬，最終使漏極端溝道被夾斷。夾斷后如果漏極電壓進(jìn)一步增加，U DS主要落在空間電荷層上，對(duì)溝道載流子的作用減弱，所以即使UDS 繼續(xù)增加，漏源電流也基本不變，此時(shí)處于飽和狀態(tài)。此后，若UDS 仍繼續(xù)增加至PN結(jié)反向擊穿電壓時(shí)，JFET 就會(huì)發(fā)生擊穿。

通過以上分析，可以得到JFET共源極輸出特性曲線和相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖 2-1所示。

MOS管的轉(zhuǎn)移性特性

MOS 場效應(yīng)管的柵極和半導(dǎo)體之間被氧化硅層阻隔，器件導(dǎo)通時(shí)只有從漏極經(jīng)過溝道到源極這一條電流通路。

通過以上分析，同樣根據(jù)式(1-1)和(1-2)對(duì)輸出特性和轉(zhuǎn)移特性的定義，可以得到NMOS的輸出和轉(zhuǎn)移特性曲線如圖2-2所示：

mos管直流特性-電壓特性

mos管直流特性之直流參數(shù)

1、 飽和漏極電流IDSS

當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，漏源電壓UGS大于夾斷電壓UP時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。對(duì)于JFET，就是UGS=0時(shí)出現(xiàn)預(yù)夾斷時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。

2、 夾斷電壓UP

當(dāng)漏源電壓一定時(shí)，使漏極電流iD減小到某一微小電流時(shí)所需的柵源電壓UGS的值。對(duì)于JFET和耗盡型MOSFET，夾斷電壓UP大致就是轉(zhuǎn)移特性曲線與橫軸焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的UGS。

3、 開啟電壓UT

當(dāng)UDS一定時(shí)，漏極電流iD達(dá)到某一數(shù)值時(shí)所需加的UGS的值。對(duì)于增強(qiáng)型場效應(yīng)管，開啟電壓UT大致就是轉(zhuǎn)移特性曲線與橫軸焦點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 UGS 。開啟電壓與夾斷電壓的區(qū)別在于其針對(duì)的對(duì)象不同，開啟電壓是針對(duì)增強(qiáng)的MOS管而言的，而夾斷電壓時(shí)針對(duì)JFET或耗盡型MOS管而言的。

4、 直流輸入電阻RGS

R GS 是柵源電壓UGS與產(chǎn)生的柵極電流之比，由于場效應(yīng)管的柵極幾乎沒有電流，因此輸入電阻很高。

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