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場效應(yīng)管,耗盡型場mos效應(yīng)管的工作原理-詳解??!

信息來源:本站 日期:2017-10-24 

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耗盡型場效應(yīng)管

場效應(yīng)管的主要參數(shù)除輸入電阻RGS、漏極飽和電流IDSS、夾斷電壓UGS(off)和敞開電壓UGS(th)外,還有以下重要參數(shù):

(1)跨導(dǎo)gm。

gm表示場效應(yīng)管柵、源電壓UGS對漏極ID操控作用的巨細(xì),單位是μA/V或mA/V。

(2)通態(tài)電阻。在斷定的柵、源電壓UGS下,場效應(yīng)管進(jìn)入飽滿導(dǎo)通時(shí),漏極和源極之間的電阻稱為通態(tài)電阻。通態(tài)電阻的巨細(xì)決定了管子的開通損耗。

(3)最大漏、源擊穿電壓UDS(BR)。指漏極與源極之間的反向擊穿電壓。

(4)漏極最大耗散功率PDM。漏極耗散功率的最大值,是從發(fā)熱角度對管子提出的限制條件。

場效應(yīng)管的輸入電阻很高,柵極上很容易堆集較高的靜電電壓將絕緣層擊穿。為了防止這種損壞,在保存場效應(yīng)管時(shí)應(yīng)將它的3個(gè)電極短接起來;在電路中,柵、源極間應(yīng)有固定電阻或穩(wěn)壓管并聯(lián),以確保有必定的直流通道;在焊接時(shí)應(yīng)使電烙鐵外殼良好接地。


耗盡型場效應(yīng)管工作原理

耗盡型是指,當(dāng)VGS=0時(shí)即構(gòu)成溝道,加上正確的VGS時(shí),能使多數(shù)載流子流出溝道,因而“耗盡”了載流子,使管子轉(zhuǎn)向截止。


耗盡型MOS場效應(yīng)管,是在制造過程中,預(yù)先在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子,因此,在UGS=0時(shí),這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中“感應(yīng)”出足夠的電子,構(gòu)成N型導(dǎo)電溝道。


當(dāng)UDS>0時(shí),將產(chǎn)生較大的漏極電流ID。假設(shè)使UGS<0,則它將削弱正離子所構(gòu)成的電場,使N溝道變窄,從而使ID減小。當(dāng)UGS更負(fù),抵達(dá)某一數(shù)值時(shí)溝道消逝,ID=0。使ID=0的UGS我們也稱為夾斷電壓,仍用UP表示。UGS<UP溝道消失,稱為耗盡型。


N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型MOSFET結(jié)構(gòu)類似,只需一點(diǎn)不同,就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓uGS=0時(shí),溝道曾經(jīng)存在。該N溝道是在制造過程中應(yīng)用離子注入法預(yù)先在襯底的表面,在D、S之間制造的,稱之為初始溝道。N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號如圖1.(a)所示,它是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)VGS=0時(shí),這些正離子曾經(jīng)感應(yīng)出反型層,構(gòu)成了溝道。于是,只需有漏源電壓,就有漏極電流存在。


當(dāng)VGS>0時(shí),將使ID進(jìn)一步增加。VGS<0時(shí),隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小,直至ID=0。對應(yīng)ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號VGS(off)表示,有時(shí)也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1.(b)所示。

(a) 結(jié)構(gòu)表示圖           (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線

圖1. N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線

由于耗盡型MOSFET在uGS=0時(shí),漏源之間的溝道曾經(jīng)存在,所以只需加上uDS,就有iD流通。假設(shè)增加正向柵壓uGS,柵極與襯底之間的電場將使溝道中感應(yīng)更多的電子,溝道變厚,溝道的電導(dǎo)增大。


假設(shè)在柵極加負(fù)電壓(即uGS<0=,就會(huì)在相對應(yīng)的襯底表面感應(yīng)出正電荷,這些正電荷抵消N溝道中的電子,從而在襯底表面產(chǎn)生一個(gè)耗盡層,使溝道變窄,溝道電導(dǎo)減小。


當(dāng)負(fù)柵壓增大到某一電壓Up時(shí),耗盡區(qū)擴(kuò)展到整個(gè)溝道,溝道完好被夾斷(耗盡),這時(shí)即使uDS仍存在,也不會(huì)產(chǎn)生漏極電流,即iD=0。UP稱為夾斷電壓或閾值電壓,其值通常在–1V–10V之間N溝道耗盡型MOSFET的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線分別如圖2—60(a)、(b)所示。在可變電阻區(qū)內(nèi),iD與uDS、uGS的關(guān)系仍為

耗盡型場效應(yīng)管

在恒流區(qū),iD與uGS的關(guān)系仍滿足式(2—81),即

耗盡型場效應(yīng)管

若思索uDS的影響,iD可近似為

耗盡型場效應(yīng)管

對耗盡型場效應(yīng)管來說,式(2—84)也可表示為

耗盡型場效應(yīng)管

式中,IDSS稱為uGS=0時(shí)的飽和漏電流,其值為

耗盡型場效應(yīng)管

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完好相同,只不過導(dǎo)電的載流子不同,供電電壓極性不同而已。雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。

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