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場效應管-耗盡型場效應MOS管的工作原理解析

發布時間：2019-08-01 15:19:53
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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。
耗盡型場效應管

(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