绝缘栅

绝缘栅型场效应管MOS管的工作原理主要

发布时间:2022/5/30 14:53:54   
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定义以及分类

在栅极与源极、栅极与漏极之间加二氧化硅绝缘层隔离,就得到绝缘栅型场效应管。它的栅极为铝,所以也叫MOS管。其栅源之间的电阻比结型场效应管大得多。一般认为无穷大。

分类:N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。

增强型管:栅-源电压为0时,漏极电流也为0的管子。

耗尽型管:栅-源电压为0时,漏极电流不为0的管子。

N沟道增强型MOS管

结构示意图及符号:

工作原理

)Ugs=0时,无导电沟道,所以不论Uds怎么变化,漏极电流为0

2)Ugs0,Uds=0时,栅极电流为0,但此时耗尽层出现,Ugs继续增大,耗尽层增宽,且出现反型层,反型层就是漏源之间的导电沟道。

耗尽层的出现与沟道的行成

3)当Ugs大于开启电压Ugs(th)且到一定数值时,由于Uds的存在,将出现预夹断,此时Uds继续增大将不会增大id,也即是进入恒流区。id仅由Ugs决定。

a:UdsUgs-Ugs(th)

b:Uds=Ugs-Ugs(th)

c:UdsUgs-Ugs(th)

在c阶段时,对应每一个确定的Ugs,就有一个确定的id。

特性曲线

转移特性与输出特性

与结型场效应管一样,三个工作区:可变电阻区+恒流区+夹断区

N沟道耗尽型MOS管

结构示意图及符号:

由于在二氧化硅绝缘层中参杂了大量正离子,所以Ugs=0时,也存在反型层,漏源之间也存在导电沟道,只要有Uds0,就会有id,Uds从正减小到0再到负值过程中,反型层不断变窄,id不断减小,直到为0,此时的Ugs称为夹断电压Ugs(off)

注意:与N沟道结型场效应管一样的是,夹断电压都为负值,但是结型场效应管只能在Ugs0时工作,N沟道耗尽型MOS管的Ugs可在一定正负范围工作。

P沟道MOS管

P沟道增强型:开启电压Ugs(th)0,UgsUgs(th)时管子开通,漏源之间加负电源;

P沟道耗尽型:夹断电压Ugs(off)0,Ugs可在正负一定范围内控制id,漏源电压也为负电源。

VMOS管

可以承受较大功率,结构设计上解决了散热问题的一种MOS管。

N沟道增强型VMOS管结构示意图

场效应管特性及符号总结主要参数

一、直流参数

.开启电压Ugs(th):表示增强型MOS管的参数,Uds为一常量时,使得id大于0的最小Ugs的绝对值;

2.夹断电压Ugs(off):结型场效应管和耗尽型MOS管的参数;

3.饱和漏极电流Idss:结型场效应管在Ugs=0产生预夹断时的漏极电流;

4.直流输入电阻Rgs(DC):栅-源电压与栅极电流的比值。

二、交流参数

.低频跨导gm:表示Ugs对id控制作用的强弱;

2.极间电容:场效应管三个电极之间均有极间电容存在,高频电路中,一定要考虑此参数。

三、极限参数

.最大漏极电流IDM:管子正常工作时漏极电流的上限值;

2.击穿电压

3.最大耗散功率PDM:决定与管子所允许的温升。

注意:对于MOS管来说,栅-衬之间的电容量很小,所以少量的感应电荷就会出现很大的电压,击穿绝缘层,损坏管子,所以平时存放以及实际电路应用中,栅-源之间一定要有直流通路,避免栅极悬空,储存时一定要防静电处理,焊接时也要带好防静电手环且电烙铁良好接地。

小电路图计算

如图:输出特性与电路图如下

输出特性

电路图

从特性图可以看出,此管是N沟道管,且开启电压Ugs(th)=4v,大于0,所以为增强型MOS管。

假如U=0V,即Ugs=0V,管子在夹断状态,iD=0,所以输出电压Uo=Uds=Vdd-id×Rd=5V;

当U=8V时,假设管子在恒流区,那么此时id=mA,Uo=Uds=Vdd-id×Rd=(5-×5)V=0V,且大于此时预夹断电压Ugs-Ugs(th)=(8-4)V=4V,假设成立说明管子工作在恒流区。

当U=0V时,假设工作在恒流区,那么id≈2.2mA,此时Uo=(5-2.2×5)V=4V,Ugs=0V时,预夹断电压为6V,也就是Uo=Udsd-s在Ugs=0V时的预夹断电压,说明管子已经进入可变电阻区,从输出特性曲线得到:Rds=Uds/id≈(3-0)V/(-0)mA=3kΩ,

Uo=(Rds/Rds+Rd)×Vdd={3/(5+3)}×5=5.6V。

以上就是MOS管的一些基本知识,建议多理解,平时设计时学会看管子参数,要知道每一个参数有什么用,就可以了。

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