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[图文]场效应管的结构、特性与参数         ★★★ 【字体:
场效应管的结构、特性与参数
作者:imefan    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2008-2-4    

 

一、绝缘栅场效应管(IGFET)

 1.增强型NMOS管


 s:Source 源极,d:Drain 漏极,g:Gate 栅极,B:Base 衬底,在P型衬底扩散上2个N+区,P型表面加SiO2绝缘层,在N+区加铝线引出电极。

 2.增强型PMOS管


  在N型衬底上扩散上2个P+区,P型表面加SiO2绝缘层,在二个P+区加铝线引出电极。PMOS与NMOS管的工作原理完全相同,只是电流和电压方向不同。

 3.增强型NMOS管的工作原理正常工作时外加电源电压的配置

  (1)VGS=0, VDS=0:漏源间是两个背靠背串联的PN结,所以d-s间不可能有电流流过,即iD≈0。

  (2)当VGS>0,VDS=0时:d-s之间便开始形成导电沟道。 开始形成导电沟道所需的最小电压称为开启电压VGS(th)(习惯上常表示为VT)。

  沟道形成过程作如下解释:此时,在栅极与衬底之间产生一个垂直电场(方向为由栅极指向衬底),它使漏-源之间的P型硅表面感应出电子层(反型层)使两个N+区沟通,形成N型导电沟道。如果,此时再加上VDS电压,将会产生漏极电流iD。当VGS=0时没有导电沟道,而当VGS 增强到>VT时才形成沟道,所以称为增强型MOS管。并且VGS越大,感应电子层越厚,导电沟道越厚,等效沟道电阻越小,iD越大。

  (3)当VGS>VT,VDS>0后, 漏-源电压VDS产生横向电场:由于沟道电阻的存在,iD沿沟道方向所产生的电压降使沟道上的电场产生不均匀分布。近s端电压差较高,为VGS;近d端电压差较低,为VGD=VGS-VDS,所以沟道的形状呈楔形分布。

  1)当VDS较小时:VDS对导电沟道的影响不大,沟道主要受VGS控制, 所以VGS为定值时,沟道电阻保持不变,iD随VDS 增加而线性增加。此时,栅漏间的电压大于开启电压,沟道尚未夹断,。

  2)当VDS增加到VGS-VDS=VT时(即VDS=VGS-VT):栅漏电压为开启电压时,漏极端的感应层消失,沟道被夹断,称为“预夹断”。

  3)当VDS再增加时(即VDS>VGS-VT或VGD=VGS-VDS<VT):iD将不再增加而基本保持不变。因为VDS再增加时,近漏端上的预夹断点向s极延伸,使VDS的增加部分降落在预夹断区,以维持iD的大小,。

  伏安特性与电流方程

  (1) 增强型NMOS管的转移特性:在一定VDS下,栅-源电压VGS与漏极电流iD之间的关系:

IDO是VGS=2VT时的漏极电流。

  (2) 输出特性(漏极特性) 表示漏极电流iD漏-源电压VDS之间的关系:。

  与三极管的特性相似,也可分为3个区:可变电阻区,放大区(恒流区、饱和区), 截止区(夹断区)。可变电阻区管子导通,但沟道尚未预夹断,即满足的条件为:。在可变电阻区iD仅受VGS的控制,而且随VDS增大而线性增大。可模拟为受VGS控制的压控电阻RDS,。放大区(沟道被预夹断后),又称恒流区、饱和区
  条件是:。特征是iD主要受VGS控制,与VDS几乎无关,表现为较好的恒流特性。 夹断区又称截止区,管子没有导电沟道( VGS<VT )时的状态,。

  4.耗尽型NMOS管在制造过程中,人为地在栅极下方的SiO2绝缘层中埋入了大量的K+(钾)或Na+(钠)等正离子 ;VGS=0,靠正离子作用,使P型衬底表面感应出N型反型层,将两个N+区连通,形成原始的N型导电沟道;VDS一定,外加正栅压(VGS>0),导电沟道变厚,沟道等效电阻下降,漏极电流iD增大; 外加负栅压VGS<0)时,沟道变薄,沟道电阻增大,iD减小;VGS负到某一定值VGS(off)(常以VP表示,称为夹断电压),导电沟道消失,整个沟道被夹断,iD≈0,管子截止 。耗尽型NMOS的伏安特性:

  放大区的电流方程:,IDSS为饱和漏极电流,是VGS=0时耗尽型MOS管的漏极电流。

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