mos管特性曲線、電流方程及參數(shù)(shù)詳解

mos管

本文主要講N溝道增強(qiáng)型mos管特性曲線、電流方程及參數(shù)(shù)MOS管是金屬-氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱金氧半場(chǎng)效晶體管。

一般是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導(dǎo)體(semiconductor)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source（源極）和drain（耗盡層）是可以對(duì)調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)(qū)。在多數(shù)(shù)情況下，這個(gè)兩個(gè)區(qū)(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。場(chǎng)效應(yīng)管分為PMOS管和NMOS管，屬于絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。

mos管特性曲線、電流方程及參數(shù)(shù)詳解

（一）mos管特性曲線、電流方程

mos管特性曲線

1、mos管特性曲線-輸出特性曲線：N溝道增強(qiáng)型MOS管的輸出特性曲線如圖1(a)所示。與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一樣,其輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)(qū)、飽和區(qū)(qū)、截止區(qū)(qū)和擊穿區(qū)(qū)幾部分。

2、mos管特性曲線-轉(zhuǎn)移特性曲線：轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1(b)所示,由于場(chǎng)效應(yīng)管作放大器件使用時(shí)是工作在飽和區(qū)(qū)(恒流區(qū)(qū)),此時(shí)iD幾乎不隨vDS而變化,即不同的vDS所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎是重合的,所以可用vDS大于某一數(shù)(shù)值(vDS＞vGS-VT)后的一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替飽和區(qū)(qū)的所有轉(zhuǎn)移特性曲線。

iD與vGS的近似關(guān)系

與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相類似。在飽和區(qū)(qū)內(nèi),iD與vGS的近似關(guān)系式為：

mos管特性曲線

式中IDO是vGS=2VT時(shí)的漏極電流iD。

（二）參數(shù)(shù)

MOS管的主要參數(shù)(shù)與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管基本相同，只是增強(qiáng)型MOS管中不用夾斷電壓VP ，而用開(kāi)啟電壓VT表征管子的特性。

各種場(chǎng)效應(yīng)管特性比較

各類FET的特性如下表所示：

mos管特性曲線

mos管三個(gè)工作區(qū)(qū)-完全導(dǎo)通區(qū)(qū)、截止區(qū)(qū)、線性區(qū)(qū)分析

（1）可變電阻區(qū)(qū)（也稱非飽和區(qū)(qū)）

滿足Ucs》Ucs（th）（開(kāi)啟電壓），uDs《UGs-Ucs（th），為圖中預(yù)夾斷軌跡左邊的區(qū)(qū)域其溝道開(kāi)啟。在該區(qū)(qū)域UDs值較小，溝道電阻基本上僅受UGs控制。當(dāng)uGs一定時(shí)，ip與uDs成線性關(guān)系，該區(qū)(qū)域近似為一組直線。這時(shí)場(chǎng)效管D、S間相當(dāng)于一個(gè)受電壓UGS控制的可變電阻。

（2）恒流區(qū)(qū)（也稱飽和區(qū)(qū)、放大區(qū)(qū)、有源區(qū)(qū)）

滿足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），為圖中預(yù)夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區(qū)(qū)域，在該區(qū)(qū)域內(nèi)，當(dāng)uGs一定時(shí)，ib幾乎不隨UDs而變化，呈恒流特性。i僅受UGs控制，這時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管D、S間相當(dāng)于一個(gè)受電壓uGs控制的電流源。場(chǎng)效應(yīng)管用于放大電路時(shí)，一般就工作在該區(qū)(qū)域，所以也稱為放大區(qū)(qū)。

（3）夾斷區(qū)(qū)（也稱截止區(qū)(qū)）

夾斷區(qū)(qū)（也稱截止區(qū)(qū)）滿足ucs《Ues（th）為圖中靠近橫軸的區(qū)(qū)域，其溝道被全部夾斷，稱為全夾斷，io=0，管子不工作。

（4）擊穿區(qū)(qū)位

擊穿區(qū)(qū)位于圖中右邊的區(qū)(qū)域。隨著UDs的不斷增大，pn結(jié)因承受太大的反向電壓而擊穿，ip急劇增加。工作時(shí)應(yīng)避免管子工作在擊穿區(qū)(qū)。

轉(zhuǎn)移特性曲線可以從輸出特性曲線。上用作圖的方法求得。例如在下圖（a）中作Ubs=6V的垂直線，將其與各條曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的i、Us值在ib- Uss 坐標(biāo)中連成曲線，即得到轉(zhuǎn)移性曲線，如圖下（b）所示。

mos管特性曲線