從控制電路電流的角度再看絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管)

1、N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管

在分析場(chǎng)效應(yīng)管之前，我們先看看我們最熟悉的手電筒電路，手電筒電路中有三個(gè)“要素”，分別是電源VCC、燈泡（負(fù)載RL）和開(kāi)關(guān)K，開(kāi)關(guān)的兩端分別是D和S，如圖1所示。

圖1

我還是那個(gè)思想，我們的目的是在D-S之間加上一個(gè)器件（代替開(kāi)關(guān)K），這個(gè)器件能使電流從D端流進(jìn)并從S端流出，同時(shí)這個(gè)電流又能被一個(gè)小的電壓信號(hào)控制，那么這個(gè)器件就做成了。

首先，我們?nèi)∫粔KP型半導(dǎo)體做襯底，在這個(gè)P型半導(dǎo)體的兩個(gè)位置置入兩塊N型半導(dǎo)體并分別接到D和S兩端，如圖2所示，兩個(gè)N型半導(dǎo)體與襯底P型半導(dǎo)體分別形成兩個(gè)PN結(jié)，由于所加的這兩塊N型半導(dǎo)體中間是P型半導(dǎo)體，在D-S之間加入電源，在一定條件下（不擊穿情況下），D-S之間沒(méi)有電流通過(guò)，下面我們需要在D-S之間產(chǎn)生一個(gè)“電流管道”，這個(gè)電流管道的寬度要受一個(gè)電壓信號(hào)控制，這樣，流過(guò)D-S之間的電流就被控制了。

圖2

下面，我們?cè)贒-S之間的P型半導(dǎo)體襯底外側(cè)放上一個(gè)二氧化硅的絕緣層，在絕緣層的外側(cè)再加個(gè)金屬電極G（絕緣柵極-它與被控制的回路D-S絕緣），如圖3所示，好了，一個(gè)N溝道的增強(qiáng)型的絕緣柵型的場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）做成了（金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管），下面的工作就是如何讓D-S之間有導(dǎo)電溝道，并且有電流流過(guò)，同時(shí)這個(gè)電流的大小又受柵源極電壓UGS的控制。

圖3 MOS管示意圖

首先，我們假設(shè)VCC=0，我們?cè)跂艠OG和源極S加一個(gè)電源UGS，為了使D-S之間的兩個(gè)N型半導(dǎo)體連在一起形成電流管道（導(dǎo)電溝道），我們需要UGS>0，隨著UGS的逐漸加大，襯底P型半導(dǎo)體中的少子（自由電子）就向絕緣層的一側(cè)移動(dòng)，當(dāng)UGS大于一個(gè)電壓值Uth（開(kāi)啟電壓）時(shí)，D-S之間就形成了N型的導(dǎo)電溝道（NMOS管），導(dǎo)電溝道的寬窄與UGS的大小有關(guān)，也就是說(shuō)，D-S之間的電流受UGS電壓大小的控制，如圖4所示。

圖4

可以看到，增強(qiáng)型的NMOS在UGS=0時(shí)，D-S之間沒(méi)有導(dǎo)電溝道，它的元件符號(hào)也說(shuō)明此特性，圖5所示，D-S之間是虛線。

圖5

這也就好理解其輸出特性曲線上隨著UGS正壓越大則iD越大的原因了，見(jiàn)圖6。

圖6 增強(qiáng)型NMOS場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線

轉(zhuǎn)移特性曲線也就好理解了，見(jiàn)圖7所示。

圖7 轉(zhuǎn)移特性曲線

當(dāng)UDS不等于零時(shí)，由于從D到S之間導(dǎo)電溝道內(nèi)任意一點(diǎn)對(duì)S極的點(diǎn)位不同，對(duì)UGS的反作用也不同，越靠近D極導(dǎo)電溝道就越變窄，當(dāng)UDS大于UGS時(shí)，導(dǎo)電溝道就能被夾斷，夾斷后盡管UDS再增大，但是，D-S之間的電流不再增大，如圖8所示。

圖8

可以看到，當(dāng)UGS大于開(kāi)啟電壓時(shí)，D-S電流與UGS之間成比例關(guān)系（用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的線性放大）。而當(dāng)UGS很大時(shí)導(dǎo)電溝道導(dǎo)電，相當(dāng)圖1開(kāi)關(guān)合上，當(dāng)UGS小于開(kāi)啟電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道被整個(gè)夾斷，相當(dāng)于圖1開(kāi)關(guān)打開(kāi)，這種極端情況可以把場(chǎng)效應(yīng)管看成是可控開(kāi)關(guān)。

2、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管

當(dāng)在上面結(jié)構(gòu)的管子生產(chǎn)時(shí)在絕緣層里就加入了正電荷，使得器件出廠時(shí)D-S之間就有導(dǎo)電溝道，這種器件就是N溝道耗盡型MOS管，可以想象，UGS等于零時(shí)D-S之間就有導(dǎo)電溝道，大家就可以想象出它的輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線了，這里就不再贅述。

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