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绝缘栅场效应管

时间：2023-03-11作者：佚名

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:

绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管

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uGS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)。

绝缘栅场效应管

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

绝缘栅场效应管

iD变大

沟道宽度变宽

沟道电阻变小

绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管

（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uDS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 T，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。

绝缘栅场效应管

（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

绝缘栅场效应管

（1）可变电阻区（非饱和区）

绝缘栅场效应管

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，uGDT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

绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管

特点：当FET工作在恒流区，不同uDS的转移特性曲线基本接近。

绝缘栅场效应管

（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

绝缘栅场效应管

（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。

绝缘栅场效应管

（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。

绝缘栅场效应管

2.特性曲线

绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管

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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