mos管直流特性與導(dǎo)通特性-JFET與MOS管直流特性分析比較-KIA MOS管

信息來源：本站　日期：2019-06-12　

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

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對于這兩種增強型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)電源和馬達驅(qū)動的應(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)計或選擇驅(qū)動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細介紹。

在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅(qū)動感性負載（如馬達），這個二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個的 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

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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 大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達到 4V 或 10V 就可以了。PMOS的特性，Vgs 小于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅(qū)動）。但是，雖然PMOS 可以很方便地用作高端驅(qū)動，但由于導(dǎo)通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動中，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)時器件的工作狀態(tài)，又可分為增強型(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，對于MOSFET也是如此，也分為四種類型即：N溝耗盡型、N溝增強型、P溝耗盡型、P溝增強型。在下面對JFET和MOSFET的分析對比中，都以 N 溝類型的場效應(yīng)管為例，進行說明其他種類的場效應(yīng)管的原理與分析方法類似。

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JFET的工作原理及輸出、轉(zhuǎn)移特性

N 溝道JFET工作時，在柵極和源極之間需要加一負電壓(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動，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，漏源電流IDS的大小隨柵源電壓UGS的改變而變化，這是因為柵結(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，會使得漏極電流變大。

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

當(dāng)UGS一定時，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)于一個電阻，因此此時將有電流經(jīng)過溝道從漏極流向源極。當(dāng)UDS增加時漏源電流也隨之增加，同時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一步增加，U DS主要落在空間電荷層上，對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，JFET 就會發(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。

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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：

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