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MOS管的工作狀態(tài)與NMOS管的I/V特性曲線介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-08-03 18:38:32
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MOS管的工作狀態(tài)與NMOS管的I/V特性曲線介紹
MOS管的工作狀態(tài)分為以下4個(gè)區(qū)域,以NMOS為例:
(1)截止區(qū):
當(dāng)VGS
(2)線性區(qū):
當(dāng)VGS>Vth, 且0
MOS管的工作狀態(tài) NMOS管的I/V特性曲線
此時(shí)器件工作在線性區(qū),有時(shí)也稱為三極管區(qū),式中un為導(dǎo)電溝道中電子的遷移率。 Cox為單位面積的柵氧化層電容,tox為氧化層的厚度。 W和L分別為晶體管導(dǎo)電溝道的寬和長(zhǎng),VGS-Vth稱為過驅(qū)動(dòng)電壓。
(3)飽和區(qū):
當(dāng)VGS>Vth, 且VDS>VGS-Vth時(shí),溝道電流ID為
MOS管的工作狀態(tài) NMOS管的I/V特性曲線
隨著VDS增大,當(dāng)VGS-Vth=VDS時(shí),漏極的反型層逐漸消失,出現(xiàn)預(yù)夾斷。 當(dāng)VDS繼續(xù)增大,這夾斷點(diǎn)向源端移動(dòng),最終形成由耗盡層構(gòu)成的夾斷區(qū),MOS管進(jìn)入飽和區(qū)工作。 此時(shí)溝道兩端的電壓保持VDS-Vth,而VDS的增加部分降落到夾斷耗盡區(qū)內(nèi),ID幾乎不變,達(dá)到最大。
(4)擊穿區(qū)
NMOS 管的漏極—襯底PN結(jié)由于VD過高被擊穿。
MOS管的工作狀態(tài) NMOS管的I/V特性曲線
需要注意的是,對(duì)于PMOS器件來說,線性區(qū)和飽和區(qū)的漏極電流公式需要加負(fù)號(hào),VGS,VDS和VGS-Vth都是負(fù)的。 由于空穴的遷移率是電子的一半,所以PMOS具有較低的“電流驅(qū)動(dòng)”能力。 換句話說,在工程應(yīng)用中,只要有可能,我們應(yīng)該更加傾向于采用NFETs而不是PFETs。
NMOS管I/V特性曲線
MOS管的工作狀態(tài) NMOS管的I/V特性曲線
這是NMOS管的I/V特性曲線,我們不難看出,
當(dāng)VGS < Vth時(shí),導(dǎo)電溝道未形成,故處于截止區(qū)。
當(dāng)VGS >Vth, 且0 < VDS < VGS-Vth時(shí),器件工作在線性區(qū)(三極管區(qū))。
當(dāng)VGS >Vth, 且VDS > VGS-Vth時(shí),溝道電流ID基本不隨VDS的變化而變化。此時(shí)器件工作在飽和區(qū)。可以看到器件工作在飽和區(qū)時(shí),漏極電流最大。
當(dāng)VGS持續(xù)增大時(shí),器件被擊穿。
MOSFET的跨導(dǎo)
跨導(dǎo)這個(gè)概念是怎么來的呢? 引入這個(gè)概念有什么意義呢?
由于在處理信號(hào)的過程中,我們要考慮電壓與電流的變化。 因此我們把這個(gè)參數(shù)定義為漏電流的變化量除以柵極電壓的變化量。 我們稱之為跨導(dǎo)(通常定義在飽和區(qū)),用gm表示。 跨到的單位是西門子(S)。
MOS管的工作狀態(tài) NMOS管的I/V特性曲線
gm代表了器件的靈敏度,對(duì)于一個(gè)大的gm來講,VGS的微小的變化將會(huì)導(dǎo)致漏電流產(chǎn)生很大的變化。
MOS管的工作狀態(tài) NMOS管的I/V特性曲線
結(jié)合在飽和區(qū)的漏電流的表達(dá)公式,gm也可以表示成這樣的表達(dá)式。 以上的每一個(gè)表達(dá)式,在研究gm隨某一個(gè)參數(shù)變化,其他參數(shù)保持恒定(控制變量)的特性都是有用的。
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