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场效应管,耗尽型场mos效应管的工作原理-详解!!

信息来源:本站 日期:2017-10-24 

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耗尽型场效应管

场效应管的主要参数除输入电阻RGS、漏极饱和电流IDSS、夹断电压UGS(off)和敞开电压UGS(th)外,还有以下重要参数:

(1)跨导gm。

gm表示场效应管栅、源电压UGS对漏极ID操控作用的巨细,单位是μA/V或mA/V。

(2)通态电阻。在断定的栅、源电压UGS下,场效应管进入饱满导通时,漏极和源极之间的电阻称为通态电阻。通态电阻的巨细决定了管子的开通损耗。

(3)最大漏、源击穿电压UDS(BR)。指漏极与源极之间的反向击穿电压。

(4)漏极最大耗散功率PDM。漏极耗散功率的最大值,是从发热角度对管子提出的限制条件。

场效应管的输入电阻很高,栅极上很容易堆集较高的静电电压将绝缘层击穿。为了防止这种损坏,在保存场效应管时应将它的3个电极短接起来;在电路中,栅、源极间应有固定电阻或稳压管并联,以确保有必定的直流通道;在焊接时应使电烙铁外壳良好接地。


耗尽型场效应管工作原理

耗尽型是指,当VGS=0时即构成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。


耗尽型MOS场效应管,是在制造过程中,预先在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子,因此,在UGS=0时,这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的电子,构成N型导电沟道。


当UDS>0时,将产生较大的漏极电流ID。假设使UGS<0,则它将削弱正离子所构成的电场,使N沟道变窄,从而使ID减小。当UGS更负,抵达某一数值时沟道消逝,ID=0。使ID=0的UGS我们也称为夹断电压,仍用UP表示。UGS<UP沟道消失,称为耗尽型。


N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构类似,只需一点不同,就是N沟道耗尽型MOSFET在栅极电压uGS=0时,沟道曾经存在。该N沟道是在制造过程中应用离子注入法预先在衬底的表面,在D、S之间制造的,称之为初始沟道。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图1.(a)所示,它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS=0时,这些正离子曾经感应出反型层,构成了沟道。于是,只需有漏源电压,就有漏极电流存在。


当VGS>0时,将使ID进一步增加。VGS<0时,随着VGS的减小漏极电流逐渐减小,直至ID=0。对应ID=0的VGS称为夹断电压,用符号VGS(off)表示,有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图1.(b)所示。

(a) 结构表示图           (b) 转移特性曲线

图1. N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线

由于耗尽型MOSFET在uGS=0时,漏源之间的沟道曾经存在,所以只需加上uDS,就有iD流通。假设增加正向栅压uGS,栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子,沟道变厚,沟道的电导增大。


假设在栅极加负电压(即uGS<0=,就会在相对应的衬底表面感应出正电荷,这些正电荷抵消N沟道中的电子,从而在衬底表面产生一个耗尽层,使沟道变窄,沟道电导减小。


当负栅压增大到某一电压Up时,耗尽区扩展到整个沟道,沟道完好被夹断(耗尽),这时即使uDS仍存在,也不会产生漏极电流,即iD=0。UP称为夹断电压或阈值电压,其值通常在–1V–10V之间N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2—60(a)、(b)所示。在可变电阻区内,iD与uDS、uGS的关系仍为

耗尽型场效应管

在恒流区,iD与uGS的关系仍满足式(2—81),即

耗尽型场效应管

若思索uDS的影响,iD可近似为

耗尽型场效应管

对耗尽型场效应管来说,式(2—84)也可表示为

耗尽型场效应管

式中,IDSS称为uGS=0时的饱和漏电流,其值为

耗尽型场效应管

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完好相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。双极型三极管有NPN型和PNP型一样。