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直流电源中MOS管的作用分析

mos管是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。


增强型:VGS=0时,漏源之间没有导电沟道,在VDS作用下无iD;耗尽型:VGS=0时,漏源之间有导电沟道,在VDS作用下iD。

直流电源中MOS管的结构和符号(以N沟道增强型为例)

在一块浓度较低的P型硅上扩散两个浓度较高的N型区作为漏极和源极,半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极。

直流电源中MOS管的作用分析

其他直流稳压电源MOS管符号

直流电源中MOS管的作用分析

工作原理(以N沟道增强型为例)

直流电源中MOS管的作用分析

(1) VGS=0时,不管VDS极性如何,其中总有一个PN结反偏,所以不存在导电沟道。

VGS =0, ID =0

VGS必须大于0

管子才能工作。

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(2) VGS>0时,在Sio2介质中产生一个垂直于半导体表面的电场,排斥P区多子空穴而吸引少子电子。当VGS达到一定值时P区表面将形成反型层把两侧的N区沟通,形成导电沟道。

VGS >0→g吸引电子→反型层→导电沟道

VGS↑→反型层变厚→ VDS ↑→ID↑


(3) VGS≥VT时而VDS较小时:

VDS↑→ID ↑

直流电源中MOS管的作用分析

VT:开启直流电源电压,在VDS作

用下开始导电时的VGS°

VT = VGS —VDS

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(4) VGS>0且VDS增大到一定值后,靠近漏极的沟道被夹断,形成夹断区。

VDS↑→ID 不变


特性曲线(以N沟道增强型为例)

直流电源中MOS管的作用分析

场效应管的转移特性曲线:

直流电源中MOS管的作用分析

其它类型直流电源MOS管

(1)N沟道耗尽型:制造时在栅极绝缘层中掺有大量的正离子,所以即使在VGS=0时,由于正离子的作用,两个N区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。

直流电源中MOS管的作用分析

(2)P沟道增强型:VGS = 0时,ID = 0开启直流电源电压小于零,所以只有当VGS < 0时管子才能工作。

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(3)P沟道耗尽型:制造时在栅极绝缘层中掺有大量的负离子,所以即使在VGS=0 时,由于负离子的作用,两个P区之间存在导电沟道(类似结型场效应管)。

直流电源中MOS管的作用分析

场效应管的主要参数

(1) 开启直流电源电压VT :在VDS为一固定数值时,能产生ID所需要的最小 |VGS | 值。(增强)

(2) 夹断直流电源电压VP :在VDS为一固定数值时,使 ID对应一微小直流电源电流时的 |VGS | 值。(耗尽)

(3) 饱和漏极直流电源电流IDSS :在VGS = 0时,管子发生预夹断时的漏极直流电源电流。(耗尽)

(4) 极间电容 :漏源电容CDS约为 0。1~1pF,栅源电容CGS和栅漏极电容CGD约为1~3pF。

(5) 低频跨导 gm :表示VGS对iD的控制作用。

直流电源中MOS管的作用分析

在转移特性曲线上,gm 是曲线在某点上的斜率,也可由iD的表达式求导得出,单位为 S 或 mS。

(6) 最大漏极直流电源电流 IDM

(7) 最大漏极耗散功率 PDM

(8) 漏源击穿直流电源电压 V(BR)DS 栅源击穿直流电源电压 V(BR)GS

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