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場效應管,耗盡型場mos效應管的工作原理-詳解??!

信息來源:本站 日期:2017-10-24 

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耗盡型場效應管

場效應管的主要參數除輸入電阻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:

(1)跨導gm。

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

(2)通態電阻。在斷定的柵、源電壓UGS下,場效應管進入飽滿導通時,漏極和源極之間的電阻稱為通態電阻。通態電阻的巨細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,是從發熱角度對管子提出的限制條件。

場效應管的輸入電阻很高,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,在保存場效應管時應將它的3個電極短接起來;在電路中,柵、源極間應有固定電阻或穩壓管并聯,以確保有必定的直流通道;在焊接時應使電烙鐵外殼良好接地。


耗盡型場效應管工作原理

耗盡型是指,當VGS=0時即構成溝道,加上正確的VGS時,能使多數載流子流出溝道,因而“耗盡”了載流子,使管子轉向截止。


耗盡型MOS場效應管,是在制造過程中,預先在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子,因此,在UGS=0時,這些正離子產生的電場也能在P型襯底中“感應”出足夠的電子,構成N型導電溝道。


當UDS>0時,將產生較大的漏極電流ID。假設使UGS<0,則它將削弱正離子所構成的電場,使N溝道變窄,從而使ID減小。當UGS更負,抵達某一數值時溝道消逝,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的結構與增強型MOSFET結構類似,只需一點不同,就是N溝道耗盡型MOSFET在柵極電壓uGS=0時,溝道曾經存在。該N溝道是在制造過程中應用離子注入法預先在襯底的表面,在D、S之間制造的,稱之為初始溝道。N溝道耗盡型MOSFET的結構和符號如圖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VGS=0時,這些正離子曾經感應出反型層,構成了溝道。于是,只需有漏源電壓,就有漏極電流存在。


當VGS>0時,將使ID進一步增加。VGS<0時,隨著VGS的減小漏極電流逐漸減小,直至ID=0。對應ID=0的VGS稱為夾斷電壓,用符號VGS(off)表示,有時也用VP表示。N溝道耗盡型MOSFET的轉移特性曲線如圖1.(b)所示。

(a) 結構表示圖           (b) 轉移特性曲線

圖1. N溝道耗盡型MOSFET的結構和轉移特性曲線

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


假設在柵極加負電壓(即uGS<0=,就會在相對應的襯底表面感應出正電荷,這些正電荷抵消N溝道中的電子,從而在襯底表面產生一個耗盡層,使溝道變窄,溝道電導減小。


當負柵壓增大到某一電壓Up時,耗盡區擴展到整個溝道,溝道完好被夾斷(耗盡),這時即使uDS仍存在,也不會產生漏極電流,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移特性曲線分別如圖2—60(a)、(b)所示。在可變電阻區內,iD與uDS、uGS的關系仍為

耗盡型場效應管

在恒流區,iD與uGS的關系仍滿足式(2—81),即

耗盡型場效應管

若思索uDS的影響,iD可近似為

耗盡型場效應管

對耗盡型場效應管來說,式(2—84)也可表示為

耗盡型場效應管

式中,IDSS稱為uGS=0時的飽和漏電流,其值為

耗盡型場效應管

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