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MOS管四个区域详解

下面讲述MOS管场效应管的四个区域：

1）可变电阻区（也称非饱和区）

满足Ucs》Ucs（th）（开启电压），uDs《UGs-Ucs（th），为图中预夹断轨迹左边的区域其沟道开启。在该区域UDs值较小，沟道电阻基本上仅受UGs控制。当uGs一定时，ip与uDs成线性关系，该区域近似为一组直线。这时场效管D、S间相当于一个受电压UGS控制的可变电阻。

2）恒流区（也称饱和区、放大区、有源区）

满足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），为图中预夹断轨迹右边、但尚未击穿的区域，在该区域内，当uGs一定时，ib几乎不随UDs而变化，呈恒流特性。i仅受UGs控制，这时场效应管D、S间相当于一个受电压uGs控制的电流源。场效应管用于放大电路时，一般就工作在该区域，所以也称为放大区。

3）夹断区（也称截止区）

夹断区（也称截止区）满足ucs《Ues（th）为图中靠近横轴的区域，其沟道被全部夹断，称为全夹断，io=0，管子不工作。

4）击穿区位

击穿区位于图中右边的区域。随着UDs的不断增大，pn结因承受太大的反向电压而击穿，ip急剧增加。工作时应避免管子工作在击穿区。

转移特性曲线可以从输出特性曲线。上用作图的方法求得。例如在下图（ a）中作Ubs=6V的垂直线，将其与各条曲线的交点对应的i、Us值在ib- Uss 坐标中连成曲线，即得到转移性曲线，如图下（b）所示。

mos场效应管的参数

场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但普通运用时只需关注以下主要参数：饱和漏源电流IDSS夹断电压Up，（结型管和耗尽型绝缘栅管，或开启电压UT（加强型绝缘栅管）、跨导gm、漏源击穿电压BUDS、最大耗散功率PDSM和最大漏源电流IDSM。

（1）饱和漏源电流

饱和漏源电流IDSS是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压UGS＝0时的漏源电流。

（2）夹断电压

夹断电压UP是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。如同4-25所示为N沟道管的UGS一ID曲线，可明白看出IDSS和UP的意义。如图4-26所示为P沟道管的UGS-ID曲线。

（3）开启电压

开启电压UT是指加强型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。如图4-27所示为N沟道管的UGS-ID曲线，可明白看出UT的意义。如图4-28所示为P沟道管的UGS-ID曲线。

（4）跨导

跨导gm是表示栅源电压UGS对漏极电流ID的控制才能，即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值。9m是权衡场效应管放大才能的重要参数。（5）漏源击穿电压

漏源击穿电压BUDS是指栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能接受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必需小于BUDS。

（6）最大耗散功率

最大耗散功率PDSM也是—项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。运用时场效应管实践功耗应小于PDSM并留有—定余量。

（7）最大漏源电流

最大漏源电流IDSM是另一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许经过的最大电流。场效应管的工作电流不应超越IDSM。

如何判断MOS管场效应管工作在那个区域

（一）沟道长度修正

当V_DS>V_GS-V_TH时，沟道中出现夹断效应，沟道的长度对略微减小。很多场景我们可以忽略这个长度的变化，但是当精度要求比较高的时候，我们就需要把沟道长度的变化考虑进来。看下面式子

因为沟道的有效长度L会随着V_DS的增大而略微减小，所以I_D会随着V_DS的增大而略微增大。我们可以用下面式子来表示I_D

这里如果不考虑沟道长度变化，V_A为无穷大，考虑沟道长度变化时，V_A为有限值。I_D随V_DS的变化的伏安特性曲线为：

（二）MOSFET的结构和电学特性总结

1、MOSFET由金属层-绝缘层-半导体基板三层结构组成。现在绝大多数金属层以多晶硅取代金属作为其栅极材料，但是原理不变。绝缘层通常是二氧化硅。

2、MOSFET是对称的，只有栅极是确定的，哪一端是源级，哪一端是漏极只有加载了电压才能确定。对于NMOS来说，它靠电子导电，电子的“源泉”定义为源级。所以电压低的一端是源级，电压高的一端是漏极。（NMOS和PMOS的特点和区别下期详细介绍）

3、沟道中电荷数量不是均匀分布的，靠近源级的一端电荷数量多，靠近漏极的一端电荷数量少。

4、当栅极电压超过源级电压V_TH时，沟道中就聚集了足够多的电荷，只要源级和漏极有电压差，在电压的驱使下，这些电荷就能流动形成电流。

5、伏安特性曲线表达式：

① 当 V_GS<=V_TH时，称为截止区，源级与漏极不导电。

② 当 V_GS>V_TH && V_DS<=V_GS-V_TH时，源级和漏极之间导电，I_D即和V_GS有关，又和V_DS有关，称为三级区。（数字电路通常工作在三级区，关注我，后面会慢慢讲到）

③ 当 V_GS>V_TH && V_DS>V_GS-V_TH时，源级和漏极之间导电，沟道中存在夹断效应，I_D只和V_GS有关（在不考虑沟道长度变化的情况下），此时，MOSFET为一个受控电流源，受V_GS控制，此时称为饱和区。

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