mos管直流特性与导通特性-JFET与MOS管直流特性分析比较-KIA MOS管

信息来源：本站　日期：2019-06-12　

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mos管直流特性

MOS管种类与结构

MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS 管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。

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对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。

在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的 MOS 管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的。

MOS管导通特性

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导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS 的特性，Vgs 大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到 4V 或 10V 就可以了。PMOS的特性，Vgs 小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS 可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

JFET与MOSFET直流特性分析和比较

场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件，根据结构的不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管(JEFT)和绝缘栅场效应管(MOSFET)，在分析比较它们的直流特性之前，首先对它们的结构和原理作简单的比较。JFET按导电沟道可分为N沟道和P沟型，按零栅压(U GS =0)时器件的工作状态，又可分为增强型(常关型)和耗尽型(常开型)两种，因此 JFET 可以分为四种类型。

同样的，对于MOSFET也是如此，也分为四种类型即：N沟耗尽型、N沟增强型、P沟耗尽型、P沟增强型。在下面对JFET和MOSFET的分析对比中，都以 N 沟类型的场效应管为例，进行说明其他种类的场效应管的原理与分析方法类似。

mos管直流特性

JFET的工作原理及输出、转移特性

N 沟道JFET工作时，在栅极和源极之间需要加一负电压(VGS<0)，使得栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流iG≈0。在漏极与源极间加一正电压(VDS >0)，使N沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流iD。其大小受VGS控制，VGS在JFET结构中主要通过控制沟道电阻，来控制ID的大小。通过设置不同的VGS和VDS便可以使得JFET工作在不同的状态下。

当 U DS 为一定值时，漏源电流IDS的大小随栅源电压UGS的改变而变化，这是因为栅结耗尽层厚度是随栅源电压变化而变化的，因此也使得导电沟道电阻发生变化，致使ID也相应变化。如图 1-1(a)所示的 PN 结，栅耗尽区的大部分扩展在PN结的N区一侧，栅PN结上的反偏电压越大，耗尽区就会越宽，因而使夹在上下两耗尽区之间的导电沟道截面积减小，导电沟道电阻增加，致使通过它的电流减小。反之，会使得漏极电流变大。

当负栅压很高时，整个沟道从源到漏被空间电荷区所占满，此时即使在漏源之间加上偏压，沟道中叶不会有电流通过，此时JFET处于截止状态。

当UGS一定时，在图1-1(a)所示的N沟JFET两端之间加上一正电压UDS ，由于沟道相当于一个电阻，因此此时将有电流经过沟道从漏极流向源极。当UDS增加时漏源电流也随之增加，同时漏源电流在沟道电阻上产生的压降也随之增加，靠近漏极端高，源极端低。漏极端正向压降使栅极PN结反偏，栅漏结的空间电荷区从沟道的两边向沟道的中心展宽，最终使漏极端沟道被夹断。夹断后如果漏极电压进一步增加，U DS主要落在空间电荷层上，对沟道载流子的作用减弱，所以即使UDS 继续增加，漏源电流也基本不变，此时处于饱和状态。此后，若UDS 仍继续增加至PN结反向击穿电压时，JFET 就会发生击穿。

通过以上分析，可以得到JFET共源极输出特性曲线和相应的转移特性曲线如图 2-1所示。

mos管直流特性

MOS管的转移性特性

MOS 场效应管的栅极和半导体之间被氧化硅层阻隔，器件导通时只有从漏极经过沟道到源极这一条电流通路。

通过以上分析，同样根据式(1-1)和(1-2)对输出特性和转移特性的定义，可以得到NMOS的输出和转移特性曲线如图2-2所示：

mos管直流特性