mos管三個(gè)工作區(qū)-完全導(dǎo)通區(qū)、截止區(qū)、線性區(qū)等詳細(xì)分析

mos管三個(gè)工作區(qū)

在了解MOS管三個(gè)工作區(qū)之前，先了解一下MOS管三個(gè)工作區(qū)分別是什么？下面講述MOS管場(chǎng)效應(yīng)管的四個(gè)區(qū)域：

（1）可變電阻區(qū)（也稱(chēng)非飽和區(qū)）

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

（2）恒流區(qū)（也稱(chēng)飽和區(qū)、放大區(qū)、有源區(qū)）

滿足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），為圖中預(yù)夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)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(yīng)管D、S間相當(dāng)于一個(gè)受電壓uGs控制的電流源。場(chǎng)效應(yīng)管用于放大電路時(shí)，一般就工作在該區(qū)域，所以也稱(chēng)為放大區(qū)。

（3）夾斷區(qū)（也稱(chēng)截止區(qū)）

夾斷區(qū)（也稱(chēng)截止區(qū)）滿足ucs《Ues（th）為圖中靠近橫軸的區(qū)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(qū)位

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

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

MOS管線性區(qū)、完全導(dǎo)通區(qū)的電場(chǎng)和電流分布

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

MOSFET的漏極導(dǎo)通特性

通常MOSFET工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，在截止區(qū)和完全導(dǎo)通區(qū)之間高頻切換，由于在切換過(guò)程中要經(jīng)過(guò)線性區(qū)，因此產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。對(duì)于熱插撥、負(fù)載開(kāi)關(guān)、分立LDO的調(diào)整管等這一類(lèi)的應(yīng)用，MOSFET較長(zhǎng)時(shí)間或一直在線性區(qū)工作，因此工作狀態(tài)不同。

功率MOSFET在完全導(dǎo)通區(qū)和線性區(qū)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(duì)完全導(dǎo)通的時(shí)候;在線性區(qū)，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(dǎo)通區(qū)和線性區(qū)工作時(shí)，電勢(shì)、空穴和電流線分布圖。

MOS管在線性區(qū)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(nèi)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(dǎo)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(fù)溫度系數(shù)特性進(jìn)一步惡化局部熱點(diǎn)。

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

MOS管的夾斷區(qū)和飽和區(qū)的區(qū)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(duì)應(yīng)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?yàn)檫@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(dāng)負(fù)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?fàn)顟B(tài)。

在VGS<Vp時(shí)，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線性導(dǎo)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(dá)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(qū)。

（2）增強(qiáng)型n-MOSFET：

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

在VGS<Vop時(shí)，沒(méi)有溝道，則IDS=0，即為截止?fàn)顟B(tài)。

在VGS>Vop時(shí)，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線性導(dǎo)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(dá)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(dǎo)電性：

場(chǎng)效應(yīng)晶體管是依靠多數(shù)載流子在溝道中的導(dǎo)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(dǎo)電——截止?fàn)顟B(tài)。出現(xiàn)了溝道（柵極電壓大于閾值電壓時(shí)），即可導(dǎo)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(dá)到最大——飽和電流，即導(dǎo)電性能更好。為什么集電區(qū)能夠很好地導(dǎo)電？

因?yàn)闇系缞A斷區(qū)實(shí)際上就是載流子被耗盡的區(qū)域，其中存在有沿著溝道方向的電場(chǎng)，所以只要有載流子到達(dá)夾斷區(qū)邊緣，就很容易被掃過(guò)夾斷區(qū)而到達(dá)漏極——輸出電流。可見(jiàn)，溝道夾斷區(qū)與BJT的反偏集電結(jié)的勢(shì)壘區(qū)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(dá)到最大。

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