第3章-場效應管-文庫吧
2025-07-21 10:54 本頁面
【正文】 管中多子、少子同時參與導電，故稱 雙極型器件。 利用半導體表面的電場效應 ， 通過柵源電壓VGS的變化 ， 改變感生電荷的多少 ， 從而改變感生溝道的寬窄 ， 控制漏極電流 ID。 MOSFET工作原理： 由于 MOS管柵極電流為零，故不討論輸入特性曲線。 共源組態(tài)特性曲線： ID= f ( VGS ) VDS = 常數(shù) 轉移特性： ID= f ( VDS ) VGS = 常數(shù) 輸出特性： ? 伏安特性 + T VDS IG?0 VGS ID + 轉移特性與輸出特性反映場效應管同一物理過程，它們之間可以相互轉換。 ? NEMOS管輸出特性曲線 ? 非飽和區(qū) 特點： ID同時受 VGS與 VDS的控制。 當 VGS為常數(shù)時， VDS??ID近似線性 ?，表現(xiàn)為一種電阻特性； ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V 4V 當 VDS為常數(shù)時， VGS ??ID ?，表現(xiàn)出一種壓控電阻的特性。 溝道預夾斷前對應的工作區(qū)。 條件： VGS VGS(th) V DS VGS–VGS(th) 因此，非飽和區(qū)又稱為 可變電阻區(qū)。 數(shù)學模型： 此時 MOS管可看成阻值受 VGS控制的線性電阻器： VDS很小 MOS管工作在非飽區(qū)時， ID與 VDS之間呈線性關系： ])(2[2 2DSDSG S ( t h )GSOXnD VVVVl WCI ??? ??????????? G S ( t h )GSOXnon1VVWClR?其中： W、 l 為溝道的寬度和長度。 COX （ = ? / ?OX）為單位面積的柵極電容量。 注意： NEMOS的非飽和區(qū)相當于三極管的飽和區(qū)。 DSG S ( t h )GSOXn )( VVVlWC ?? ?? 飽和區(qū) 特點： ID只受 VGS控制，而與 VDS近似無關，表現(xiàn)出類似三極管的正向受控作用。 ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V 4V 溝道預夾斷后對應的工作區(qū)。 條件： VGS VGS(th) V DS VGS–VGS(th) 考慮到溝道長度調制效應 ， 輸出特性曲線隨 VDS 的增加略有上翹 。 注意：飽和區(qū) （ 又稱有源區(qū) ） 對應三極管的放大區(qū) 。 數(shù)學模型： 若考慮溝道長度調制效應，則 ID的修正方程： 工作在 飽和區(qū)時 ， MOS管的正向受控作用 ， 服從平方律關系式： 2G S ( t h )GSOXnD )(2 VVlWCI ?? ????????? ???ADS2G S ( t h)GSOXnD 1)(2 VVVVlWCI ?? ?DS2G S ( t h )GSOXn 1)(2 VVVl WC ?? ???其中： ? 稱溝道長度調制系數(shù)，其值與 l 有關。 通常 ? =( ~ )V1 ? 截止區(qū) 特點： 相當于 MOS管三個電極斷開。 ID/mA VDS /V 0 VDS = VGS –VGS(th) VGS =5V 4V 溝道未形成時的工作區(qū) 條件： VGS VGS(th) ID=0以下的工作區(qū)域。 IG≈0， ID≈0 ? 擊穿區(qū) ? VDS增大到一定值時 ?漏襯 PN結雪崩擊穿 ? ID劇增。 ? VDS??溝道 l ? ?對于 l 較小的 MOS管 ?擊穿。 由于 MOS管 COX很小，因此當帶電物體（或人）靠近金屬柵極時，感生電荷在 SiO2絕緣層中將產(chǎn)生很大的電壓 VGS(=Q /COX)， 使絕緣層擊穿，造成MOS管永久性損壞 。 MOS管保護措施： 分立的 MOS管： 各極引線短接、烙鐵外殼接地。 MOS集成電路： T D2 D1 D1 D2一方面限制 VGS間最大電壓，同時對感 生電荷起旁路作用。 ? 襯底效應 集成電路中，許多 MOS管做在同一襯底上，為保證 U與 S、D之間 PN結反偏，襯底應接電路最低電位（ N溝道）或最高電位（ P溝道）。 若 | VUS | ? ? + VUS 耗盡層中負離子數(shù) ? 因 VGS不變（ G極正電荷量不變） ? ID ? VUS = 0 ID/mA VGS /V O 2V 4V 根據(jù)襯底電壓對 ID的控制作用，又 稱 U極為 背柵極。 P P + N + N + S G D U VDS VGS + + 阻擋層寬度 ? ? 表面層中電子數(shù) ? ? ? P溝道 EMOS管 + VGS VDS + N N + P + S G D U P + N溝道 EMOS管與 P溝道 EMOS管 工作原理相似 。 即 VDS 0 、 VGS 0 外加電壓極性相反、電流 ID流向相反。 不同之處： 電路符號中的箭頭方向相反。 ID G S D 電路符號 耗盡型 MOS場效應管 S G U D ID S G U D ID P P + N + S G D U N + N溝道DMOS N N + P + S G D U P + P溝道DMOS
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