场效应管-耗尽型场效应MOS管的工作原理解析

发布时间：2019-08-01 15:19:53
来源：
阅读次数：次

耗尽型场效应管

场效应管的主要参数除输入电阻RGS、漏极饱和电流IDSS、夹断电压UGS(off)和敞开电压UGS(th)外，还有以下重要参数：

（1）跨导gm。

gm表示场效应管栅、源电压UGS对漏极ID操控作用的巨细，单位是μA/V或mA／V。

（2）通态电阻。在断定的栅、源电压UGS下，场效应管进入饱满导通时，漏极和源极之间的电阻称为通态电阻。通态电阻的巨细决定了管子的开通损耗。

（3）最大漏、源击穿电压UDS(BR)。指漏极与源极之间的反向击穿电压。

（4）漏极最大耗散功率PDM。漏极耗散功率的最大值，是从发热角度对管子提出的限制条件。

场效应管的输入电阻很高，栅极上很容易堆集较高的静电电压将绝缘层击穿。为了防止这种损坏，在保存场效应管时应将它的3个电极短接起来；在电路中，栅、源极间应有固定电阻或稳压管并联，以确保有必定的直流通道；在焊接时应使电烙铁外壳良好接地。

耗尽型场效应管工作原理

耗尽型是指，当VGS=0时即构成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。

耗尽型MOS场效应管，是在制造过程中，预先在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子，因此，在UGS=0时，这些正离子产生的电场也能在P型衬底中“感应”出足够的电子，构成N型导电沟道。

当UDS>0时，将产生较大的漏极电流ID。假设使UGS<0，则它将削弱正离子所构成的电场，使N沟道变窄，从而使ID减小。当UGS更负，抵达某一数值时沟道消逝，ID=0。使ID=0的UGS我们也称为夹断电压，仍用UP表示。UGS<UP沟道消失，称为耗尽型。

N沟道耗尽型MOSFET的结构与增强型MOSFET结构类似，只需一点不同，就是N沟道耗尽型MOSFET在栅极电压uGS=0时，沟道曾经存在。该N沟道是在制造过程中应用离子注入法预先在衬底的表面，在D、S之间制造的，称之为初始沟道。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图1.（a）所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当VGS＝0时，这些正离子曾经感应出反型层，构成了沟道。于是，只需有漏源电压，就有漏极电流存在。

当VGS＞0时，将使ID进一步增加。VGS＜0时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID＝0。对应ID＝0的VGS称为夹断电压，用符号VGS(off)表示，有时也用VP表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图1.（b）所示。
耗尽型场效应管

(a) 结构表示图　　　　　　(b) 转移特性曲线

图1. N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线

由于耗尽型MOSFET在uGS=0时，漏源之间的沟道曾经存在，所以只需加上uDS,就有iD流通。假设增加正向栅压uGS，栅极与衬底之间的电场将使沟道中感应更多的电子，沟道变厚，沟道的电导增大。

假设在栅极加负电压（即uGS＜0＝，就会在相对应的衬底表面感应出正电荷，这些正电荷抵消N沟道中的电子，从而在衬底表面产生一个耗尽层，使沟道变窄，沟道电导减小。

当负栅压增大到某一电压Up时，耗尽区扩展到整个沟道，沟道完好被夹断（耗尽），这时即使uDS仍存在，也不会产生漏极电流，即iD=0。UP称为夹断电压或阈值电压，其值通常在–1V–10V之间N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线和转移特性曲线分别如图2—60（a）、（b）所示。在可变电阻区内，iD与uDS、uGS的关系仍为
耗尽型场效应管