mos管三個(gè)工作區-完全導通區、截止區、線(xiàn)性區等詳細分析

mos管三個(gè)工作區

在了解MOS管三個(gè)工作區之前，先了解一下MOS管三個(gè)工作區分別是什么？下面講述MOS管場(chǎng)效應管的四個(gè)區域：

（1）可變電阻區（也稱(chēng)非飽和區）

滿(mǎn)足Ucs》Ucs（th）（開(kāi)啟電壓），uDs《UGs-Ucs（th），為圖中預夾斷軌跡左邊的區域其溝道開(kāi)啟。在該區域UDs值較小，溝道電阻基本上僅受UGs控制。當uGs一定時(shí)，ip與uDs成線(xiàn)性關(guān)系，該區域近似為一組直線(xiàn)。這時(shí)場(chǎng)效管D、S間相當于一個(gè)受電壓UGS控制的可變電阻。

（2）恒流區（也稱(chēng)飽和區、放大區、有源區）

滿(mǎn)足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），為圖中預夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區域，在該區域內，當uGs一定時(shí)，ib幾乎不隨UDs而變化，呈恒流特性。i僅受UGs控制，這時(shí)場(chǎng)效應管D、S間相當于一個(gè)受電壓uGs控制的電流源。場(chǎng)效應管用于放大電路時(shí)，一般就工作在該區域，所以也稱(chēng)為放大區。

（3）夾斷區（也稱(chēng)截止區）

夾斷區（也稱(chēng)截止區）滿(mǎn)足ucs《Ues（th）為圖中靠近橫軸的區域，其溝道被全部夾斷，稱(chēng)為全夾斷，io=0，管子不工作。

（4）擊穿區位

擊穿區位于圖中右邊的區域。隨著(zhù)UDs的不斷增大，pn結因承受太大的反向電壓而擊穿，ip急劇增加。工作時(shí)應避免管子工作在擊穿區。

轉移特性曲線(xiàn)可以從輸出特性曲線(xiàn)。上用作圖的方法求得。例如在下圖（a）中作Ubs=6V的垂直線(xiàn)，將其與各條曲線(xiàn)的交點(diǎn)對應的i、Us值在ib- Uss 坐標中連成曲線(xiàn)，即得到轉移性曲線(xiàn)，如圖下（b）所示。

MOS管線(xiàn)性區、完全導通區的電場(chǎng)和電流分布

MOSFET的漏極導通特性如圖1所示，其工作特性有MOS管三個(gè)工作區：截止區、線(xiàn)性區和?完全導通區。其中，線(xiàn)性區也稱(chēng)恒流區、飽和區、放大區;完全導通區也稱(chēng)可變電阻區。

MOSFET的漏極導通特性

通常MOSFET工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在截止區和完全導通區之間高頻切換，由于在切換過(guò)程中要經(jīng)過(guò)線(xiàn)性區，因此產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。對于熱插撥、負載開(kāi)關(guān)、分立LDO的調整管等這一類(lèi)的應用，MOSFET較長(cháng)時(shí)間或一直在線(xiàn)性區工作，因此工作狀態(tài)不同。

功率MOSFET在完全導通區和線(xiàn)性區工作時(shí)候，都可以流過(guò)大的電流。理論上，功率MOSFET是單極型器件，N溝道的功率MOSFET，只有電子電流，沒(méi)有空穴電流，但是，這只是針對完全導通的時(shí)候;在線(xiàn)性區，還是會(huì )同時(shí)存在電子和空穴二種電流，如圖2、圖3和圖4分別所示，完全導通區和線(xiàn)性區工作時(shí)，電勢、空穴和電流線(xiàn)分布圖。

MOS管在線(xiàn)性區工作時(shí)，器件同時(shí)承受高的電壓和高的電流時(shí)，會(huì )產(chǎn)生下面的問(wèn)題：

1、內部的電場(chǎng)大，注入更多的空穴。

2、有效的溝道寬度比完全導通時(shí)小。

3、改變Vth和降低擊穿電壓。

4、Vth低，電流更容易傾向于局部的集中，形成熱點(diǎn);負溫度系數特性進(jìn)一步惡化局部熱點(diǎn)。

功率MOSFET工作在線(xiàn)性區時(shí)，器件承受高的電壓，耗盡層高壓偏置導致有效的體電荷減小;工作電壓越高，內部的電場(chǎng)越高，電離加強產(chǎn)生更多電子-空穴對，形成較大的空穴電流。特別是如果工藝不一致，局部區域達到臨界電場(chǎng)，會(huì )產(chǎn)生非常強的電離和更大的空穴電流，增加寄生三極管導通的風(fēng)險。

MOS管的夾斷區和飽和區的區別是什么

柵極電壓可以產(chǎn)生溝道，也可以使溝道消失——夾斷；而源-漏電壓也有可能使MOSFET的溝道夾斷（局部夾斷），則溝道夾斷的電壓對應有兩個(gè)電壓。一般，產(chǎn)生或者夾斷溝道的柵極電壓稱(chēng)為閾值電壓VT，而使溝道夾斷的源-漏電壓往往稱(chēng)為飽和電壓Vsat，因為這時(shí)的源-漏電流最大、并飽和（即與源-漏電壓無(wú)關(guān)）。

（1） 耗盡型n-MOSFET：

耗盡型MOSFET在柵極電壓為0時(shí)即存在溝道。當負柵電壓增大到使溝道夾斷（整個(gè)溝道均勻夾斷）時(shí)，這時(shí)的柵電壓就稱(chēng)為夾斷電壓Vp——耗盡型MOSFET的閾值電壓。

在VGS>Vp時(shí)，IDS=0，即為截止狀態(tài)。

在VGS<Vp時(shí)，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線(xiàn)性導電狀態(tài)；若VDS= (Vp－VGS)時(shí)，則溝道在漏極端附近處夾斷（非整個(gè)溝道夾斷），漏極電流達到最大——飽和電流，這時(shí)的源-漏電壓就稱(chēng)為飽和電壓。飽和電壓也就是使溝道發(fā)生局部夾斷時(shí)的源-漏電壓。在VDS≥Vsat=(Vp－VGS)即為MOSFET的飽和區。

（2）增強型n-MOSFET：

增強型MOSFET在柵極電壓為0時(shí)即不存在溝道。當正柵電壓增大到出現溝道時(shí)，這時(shí)的柵極電壓特稱(chēng)為開(kāi)啟電壓Vop——增強型MOSFET的閾值電壓。

在VGS<Vop時(shí)，沒(méi)有溝道，則IDS=0，即為截止狀態(tài)。

在VGS>Vop時(shí)，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線(xiàn)性導電狀態(tài)；若VDS≥ (VGS－Vop)時(shí)，則溝道在漏極端附近處夾斷（非整個(gè)溝道夾斷），漏極電流達到最大、并飽和，MOSFET即進(jìn)入飽和狀態(tài)。溝道開(kāi)始夾斷時(shí)的源-漏電壓即為飽和電壓Vsat= (VGS－Vop)。

（3）溝道夾斷以后的導電性：

場(chǎng)效應晶體管是依靠多數載流子在溝道中的導電來(lái)工作的。沒(méi)有溝道（柵極電壓小于閾值電壓時(shí)），即不導電——截止狀態(tài)。出現了溝道（柵極電壓大于閾值電壓時(shí)），即可導電；并且在源-漏電壓增大到使得溝道在漏極端夾斷以后，其電流達到最大——飽和電流，即導電性能更好。為什么集電區能夠很好地導電？

因為溝道夾斷區實(shí)際上就是載流子被耗盡的區域，其中存在有沿著(zhù)溝道方向的電場(chǎng)，所以只要有載流子到達夾斷區邊緣，就很容易被掃過(guò)夾斷區而到達漏極——輸出電流?？梢?jiàn)，溝道夾斷區與BJT的反偏集電結的勢壘區類(lèi)似，不但不起阻擋載流子的作用，而且還將有利于載流子的通過(guò)。因此，溝道夾斷以后，器件的輸出電流飽和，即達到最大。

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