绝缘栅场效应管

发布时间:2024-05-24
绝缘栅场效应管是一种金属—氧化物—半导体场效应管,简称mos管。
mos管按工作方式分类: 增强型mos管:n 沟道, p沟道
耗尽型mos管:n 沟道, p沟道
(一)n沟道增强型mos管的结构和工作原理
1.结构和符号:
2.工作原理
绝缘栅场效应管是利用电场效应来改变导电通道的宽窄,从而控制漏-源极间电流的大小。
(1)感生沟道的形成:栅极和源极之间加正向电压
① 在电场的作用下,可以把p型衬底表面层中多数载流子空穴全部排斥掉,形成空间电荷区。
② 当ugs增加到某一临界电压(ut)值时,吸引足够多的电子,在p型半导体的表面附近感应出一个n型层,形成反型层—-漏源之间的导电沟道。开始形成反型层的ugs称为开启电压(ut)。
ugs越高,电场越强,感应的电子越多,沟道就越宽。
(2)栅源电压ugs对漏极电流id的控制作用
在栅源电压ugs=0时,没有导电沟道。增大vgg,使ugs=ut时形成导电沟道。
ugs对id的控制作用:
ugs变大 id变大
沟道宽度变宽 沟道电阻变小
(3)漏源电压uds对漏极电流id的影响
当uds较小,即ugd>>ut时,沟道宽度受uds的影响很小,沟道电阻近似不变,id随uds的增加呈线性增加。
当uds增大时,沟道各点与栅极间电压不等,使沟道从源极向漏极逐渐变窄。随着uds增大,沟道电阻迅速增大,id不再随uds线性增大。
继续增大uds ,则ugd <ut,夹断区增加,增加的uds电压几乎全部降落在夹断区上,所以uds虽然增加而电流基本上是恒定的。
(二)n沟道增强型mos管的特性曲线
1.输出特性
输出特性是指ugs为一固定值时,id与uds之间的关系,即
(1)可变电阻区(非饱和区)
ⅰ区对应预夹断前,ugs>ut,uds很小,ugd>ut的情况。
(2)恒流区(饱和区)
ⅱ区对应 预夹断后,ugs>ut,uds很大,ugd<ut的情况。
(3)截止区
该区对应于ugs≤ut的情况
2.转移特性
转移特性是指uds为固定值时,id与ugs之间的关系,即
特点:当fet工作在恒流区,不同uds的转移特性曲线基本接近。
(ugs>ut)
(三)n沟道增强型mos管的主要参数
1.直流参数
(1)开启电压ut:在衬底表面感生出导电沟道所需的栅源电压。实际上是在规定的uds条件下,增大ugs,当id达到规定的数值时所需要的ugs值。
(2)直流输入电阻rgs:在uds=0的条件下,栅极与源极之间加一定直流电压时,栅源极间的直流电阻。
2.交流参数
(1)跨导gm
(2)极间电容:栅、源极间电容cgs和栅、漏极间电容cgd,它影响高频性能的交流参数,应越小越好。
3.极限参数
(1)漏极最大允许电流idm
是指场效应管工作时,允许的最大漏极电流。
(2)漏极最大耗散功率pdm
是指管子允许的最大耗散功率,相当于双极型晶体管的pcm。
(3)栅源极间击穿电压u(br)gs
是指在uds=0时,栅源极间绝缘层发生击穿,产生很大的短路电流所需的ugs值。击穿将会损坏管子。
(4)漏源极间击穿电压u(br)ds
是指在uds增大时,使id开始急剧增加的uds值。此时不仅产生沟道中的电子参与导电,空间电荷区也发生击穿,使电流增大。
(四)n沟道耗尽型mos管
1.工作原理
sio2绝缘层中掺入大量的正离子。在ugs=0时,p衬底表面已经出现反型层,存在导电沟道。
当ugs>0时感生沟道加宽,id增大。
当ugs<0时感生沟道变窄,id减小。
当ugs达到某一负电压值up时,抵消了由正离子产生的电场,导电沟道消失,id≈0,up称为夹断电压。
2.特性曲线
3.主要参数
(1)夹断电压up:是指导电沟道完全夹断时所需的栅源电压。
(2)零偏漏极电流idss:该电流为uds在恒流区范围内,且ugs=0v时的id值,亦称饱和漏极电流。
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