文档介绍：结型场效应管
场效管应用原理
MOS 场效应管
第 3 章　场效应管
2020/10/28
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概述
场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件。它体积小、工艺简单，器件特性便于控制，是U
VDS
- +
VGS
- +
A
P
P
+
N
+
N
+
S
G
D
U
VDS
- +
VGS
- +
A
VDS  →ID 基本维持不变。
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若考虑沟道长度调制效应
则 VDS  →沟道长度 l  →沟道电阻 Ron略 。
因此 VDS  →ID 略 。
由上述分析可描绘出 ID 随 VDS 变化的关系曲线：
ID
VDS
O
VGS –VGS(th)
VGS一定
曲线形状类似三极管输出特性。
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MOS 管仅依靠一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。
三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。
利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压 VGS 的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流 ID 。
MOSFET 工作原理：
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由于 MOS 管栅极电流为零，故不讨论输入特性曲线。
共源组态特性曲线：
ID = f ( VGS )
VDS = 常数
转移特性：
ID = f ( VDS )
VGS = 常数
输出特性：
伏安特性
+
T
VDS
IG  0
VGS
ID
+
-
-
转移特性与输出特性反映场效应管同一物理过程，它们之间可以相互转换。
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NEMOS 管输出特性曲线
非饱和区
特点：
ID 同时受 VGS 与 VDS 的控制。
当 VGS为常数时，VDSID 近似线性，表现为一种电阻特性；
ID/mA
VDS /V
O
VDS = VGS – VGS(th)
VGS = 5 V
V
4 V
V
当 VDS为常数时，VGS ID ，表现出一种压控电阻的特性。
沟道预夹断前对应的工作区。
条件：
VGS > VGS(th)
V DS < VGS – VGS(th)
因此，非饱和区又称为可变电阻区。
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数学模型：
此时 MOS 管可看成阻值受 VGS 控制的线性电阻器：
VDS 很小 MOS 管工作在非饱区时，ID 与 VDS 之间呈线性关系：
其中，W、l 为沟道的宽度和长度。
COX (=  / OX) 为单位面积的栅极电容量。
注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。
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饱和区
特点：
ID 只受 VGS 控制，而与 VDS 近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。
ID/mA
VDS /V
O
VDS = VGS – VGS(th)
VGS = 5 V
V
4 V
V
沟道预夹断后对应的工作区。
条件：
VGS > VGS(th)
V DS > VGS – VGS(th)
考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS 的增加略有上翘。
注意：饱和区(又称有源区)对应三极管的放大区。
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数学模型：
若考虑沟道长度调制效应，则 ID 的修正方程：
工作在饱和区时，MOS 管的正向受控作用，服从平方律关系式：
其中， 称沟道长度调制系数，其值与 l 有关。
通常  = ( ~ )V-1
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截止区
特点：
相当于 MOS 管三个电极断开。
ID/mA
VDS /V
O
VDS = VGS – VGS(th)
VGS = 5 V
V
4 V
V
沟道未形成时的工作区
条件：
VGS < VGS(th)
ID = 0 以下的工作区域。
IG  0，ID  0
击穿区
VDS 增大到一定值时漏衬 PN 结雪崩击穿  ID 剧增。
VDS 沟道 l   对于 l 较小的 MOS 管  穿通击穿。
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由于 MOS 管 COX 很小，因此当带电物体(或人)靠近金属栅极时，感生电荷在 SiO2 绝缘层中将产生很大的电压 VGS(