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mos管三個工作區-完全導通區、截止區、線性區等詳細分析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-06-25 

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mos管三個工作區-完全導通區、截止區、線性區等詳細分析

mos管三個工作區

在了解MOS管三個工作區之前,先了解一下MOS管三個工作區分別是什么?下面講述MOS管場效應管的四個區域:


(1)可變電阻區(也稱非飽和區)

滿足Ucs》Ucs(th)(開啟電壓),uDs《UGs-Ucs(th),為圖中預夾斷軌跡左邊的區域其溝道開啟。在該區域UDs值較小,溝道電阻基本上僅受UGs控制。當uGs一定時,ip與uDs成線性關系,該區域近似為一組直線。這時場效管D、S間相當于一個受電壓UGS控制的可變電阻。


(2)恒流區(也稱飽和區、放大區、有源區)

滿足Ucs≥Ucs(h)且Ubs≥UcsUssth),為圖中預夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區域,在該區域內,當uGs一定時,ib幾乎不隨UDs而變化,呈恒流特性。i僅受UGs控制,這時場效應管D、S間相當于一個受電壓uGs控制的電流源。場效應管用于放大電路時,一般就工作在該區域,所以也稱為放大區。


(3)夾斷區(也稱截止區)

夾斷區(也稱截止區)滿足ucs《Ues(th)為圖中靠近橫軸的區域,其溝道被全部夾斷,稱為全夾斷,io=0,管子不工作。


(4)擊穿區位

擊穿區位于圖中右邊的區域。隨著UDs的不斷增大,pn結因承受太大的反向電壓而擊穿,ip急劇增加。工作時應避免管子工作在擊穿區。

轉移特性曲線可以從輸出特性曲線。上用作圖的方法求得。例如在下圖(a)中作Ubs=6V的垂直線,將其與各條曲線的交點對應的i、Us值在ib- Uss 坐標中連成曲線,即得到轉移性曲線,如圖下(b)所示。


mos管三個工作區


MOS管線性區、完全導通區的電場和電流分布

MOSFET的漏極導通特性如圖1所示,其工作特性有MOS管三個工作區:截止區、線性區和?完全導通區。其中,線性區也稱恒流區、飽和區、放大區;完全導通區也稱可變電阻區。


mos管三個工作區

MOSFET的漏極導通特性


通常MOSFET工作于開關狀態,在截止區和完全導通區之間高頻切換,由于在切換過程中要經過線性區,因此產生開關損耗。對于熱插撥、負載開關、分立LDO的調整管等這一類的應用,MOSFET較長時間或一直在線性區工作,因此工作狀態不同。


功率MOSFET在完全導通區和線性區工作時候,都可以流過大的電流。理論上,功率MOSFET是單極型器件,N溝道的功率MOSFET,只有電子電流,沒有空穴電流,但是,這只是針對完全導通的時候;在線性區,還是會同時存在電子和空穴二種電流,如圖2、圖3和圖4分別所示,完全導通區和線性區工作時,電勢、空穴和電流線分布圖。


MOS管在線性區工作時,器件同時承受高的電壓和高的電流時,會產生下面的問題:


1、內部的電場大,注入更多的空穴。


2、有效的溝道寬度比完全導通時小。


3、改變Vth和降低擊穿電壓。


4、Vth低,電流更容易傾向于局部的集中,形成熱點;負溫度系數特性進一步惡化局部熱點。


功率MOSFET工作在線性區時,器件承受高的電壓,耗盡層高壓偏置導致有效的體電荷減小;工作電壓越高,內部的電場越高,電離加強產生更多電子-空穴對,形成較大的空穴電流。特別是如果工藝不一致,局部區域達到臨界電場,會產生非常強的電離和更大的空穴電流,增加寄生三極管導通的風險。


MOS管的夾斷區和飽和區的區別是什么

柵極電壓可以產生溝道,也可以使溝道消失——夾斷;而源-漏電壓也有可能使MOSFET的溝道夾斷(局部夾斷),則溝道夾斷的電壓對應有兩個電壓。一般,產生或者夾斷溝道的柵極電壓稱為閾值電壓VT,而使溝道夾斷的源-漏電壓往往稱為飽和電壓Vsat,因為這時的源-漏電流最大、并飽和(即與源-漏電壓無關)。


(1) 耗盡型n-MOSFET:

耗盡型MOSFET在柵極電壓為0時即存在溝道。當負柵電壓增大到使溝道夾斷(整個溝道均勻夾斷)時,這時的柵電壓就稱為夾斷電壓Vp——耗盡型MOSFET的閾值電壓。

在VGS>Vp時,IDS=0,即為截止狀態。


在VGS<Vp時,存在溝道,IDS≠0:若VDS較低,則為線性導電狀態;若VDS= (Vp-VGS)時,則溝道在漏極端附近處夾斷(非整個溝道夾斷),漏極電流達到最大——飽和電流,這時的源-漏電壓就稱為飽和電壓。飽和電壓也就是使溝道發生局部夾斷時的源-漏電壓。在VDS≥Vsat=(Vp-VGS)即為MOSFET的飽和區。


(2)增強型n-MOSFET:

增強型MOSFET在柵極電壓為0時即不存在溝道。當正柵電壓增大到出現溝道時,這時的柵極電壓特稱為開啟電壓Vop——增強型MOSFET的閾值電壓。

在VGS<Vop時,沒有溝道,則IDS=0,即為截止狀態。


在VGS>Vop時,存在溝道,IDS≠0:若VDS較低,則為線性導電狀態;若VDS≥ (VGS-Vop)時,則溝道在漏極端附近處夾斷(非整個溝道夾斷),漏極電流達到最大、并飽和,MOSFET即進入飽和狀態。溝道開始夾斷時的源-漏電壓即為飽和電壓Vsat= (VGS-Vop)。


(3)溝道夾斷以后的導電性:

場效應晶體管是依靠多數載流子在溝道中的導電來工作的。沒有溝道(柵極電壓小于閾值電壓時),即不導電——截止狀態。出現了溝道(柵極電壓大于閾值電壓時),即可導電;并且在源-漏電壓增大到使得溝道在漏極端夾斷以后,其電流達到最大——飽和電流,即導電性能更好。為什么集電區能夠很好地導電?


因為溝道夾斷區實際上就是載流子被耗盡的區域,其中存在有沿著溝道方向的電場,所以只要有載流子到達夾斷區邊緣,就很容易被掃過夾斷區而到達漏極——輸出電流??梢?,溝道夾斷區與BJT的反偏集電結的勢壘區類似,不但不起阻擋載流子的作用,而且還將有利于載流子的通過。因此,溝道夾斷以后,器件的輸出電流飽和,即達到最大。


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