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绝缘栅场效应管

2015-5-25 09:21| 编辑:电工学习网| 查看: 4827| 评论: 0

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u
GS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u
DS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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