分析场效应管工作区域详解-KIA MOS管

在了解MOS管三个工作区之前，先了解一下MOS管三个工作区分别是什么？下面讲述MOS管场效应管的四个区域：
一、可变电阻区（也称非饱和区）
二、恒流区（也称饱和区、放大区、有源区）
三、夹断区（也称截止区）
四、击穿区位

（1）可变电阻区（也称非饱和区）
满足Ucs》Ucs（th）（开启电压），uDs《UGs-Ucs（th），为图中预夹断轨迹左边的区域其沟道开启。在该区域UDs值较小，沟道电阻基本上仅受UGs控制。当uGs一定时，ip与uDs成线性关系，该区域近似为一组直线。这时场效管D、S间相当于一个受电压UGS控制的可变电阻。

（2）恒流区（也称饱和区、放大区、有源区）
满足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），为图中预夹断轨迹右边、但尚未击穿的区域，在该区域内，当uGs一定时，ib几乎不随UDs而变化，呈恒流特性。i仅受UGs控制，这时场效应管D、S间相当于一个受电压uGs控制的电流源。场效应管用于放大电路时，一般就工作在该区域，所以也称为放大区。

（3）夹断区（也称截止区）
夹断区（也称截止区）满足ucs《Ues（th）为图中靠近横轴的区域，其沟道被全部夹断，称为全夹断，io=0，管子不工作。

（4）击穿区位
击穿区位于图中右边的区域。随着UDs的不断增大，pn结因承受太大的反向电压而击穿，ip急剧增加。工作时应避免管子工作在击穿区。

转移特性曲线可以从输出特性曲线。上用作图的方法求得。例如在下图（a）中作Ubs=6V的垂直线，将其与各条曲线的交点对应的i、Us值在ib- Uss 坐标中连成曲线，即得到转移性曲线，如图下（b）所示。

（a）输出特性 （b）转移特性
MOS管线性区、完全导通区的电场和电流分布

MOSFET的漏极导通特性如图1所示，其工作特性有MOS管三个工作区：截止区、线性区和?完全导通区。其中，线性区也称恒流区、饱和区、放大区;完全导通区也称可变电阻区。

MOSFET的漏极导通特性

通常MOSFET工作于开关状态，在截止区和完全导通区之间高频切换，由于在切换过程中要经过线性区，因此产生开关损耗。对于热插拨、负载开关、分立LDO的调整管等这一类的应用，MOSFET较长时间或一直在线性区工作，因此工作状态不同。

功率MOSFET在完全导通区和线性区工作时候，都可以流过大的电流。理论上，功率MOSFET是单极型器件，N沟道的功率MOSFET，只有电子电流，没有空穴电流，但是，这只是针对完全导通的时候;在线性区，还是会同时存在电子和空穴二种电流，如图2、图3和图4分别所示，完全导通区和线性区工作时，电势、空穴和电流线分布图。

MOS管在线性区工作时，器件同时承受高的电压和高的电流时，会产生下面的问题：

1、内部的电场大，注入更多的空穴。
2、有效的沟道宽度比完全导通时小。
3、改变Vth和降低击穿电压。
4、Vth低，电流更容易倾向于局部的集中，形成热点;负温度系数特性进一步恶化局部热点。

功率MOSFET工作在线性区时，器件承受高的电压，耗尽层高压偏置导致有效的体电荷减小;工作电压越高，内部的电场越高，电离加强产生更多电子-空穴对，形成较大的空穴电流。特别是如果工艺不一致，局部区域达到临界电场，会产生非常强的电离和更大的空穴电流，增加寄生三极管导通的风险。

MOS管的夹断区和饱和区的区别是什么
栅极电压可以产生沟道，也可以使沟道消失——夹断；而源-漏电压也有可能使MOSFET的沟道夹断（局部夹断），则沟道夹断的电压对应有两个电压。一般，产生或者夹断沟道的栅极电压称为阈值电压VT，而使沟道夹断的源-漏电压往往称为饱和电压Vsat，因为这时的源-漏电流最大、并饱和（即与源-漏电压无关）。

（1） 耗尽型n-MOSFET：
耗尽型MOSFET在栅极电压为0时即存在沟道。当负栅电压增大到使沟道夹断（整个沟道均匀夹断）时，这时的栅电压就称为夹断电压Vp——耗尽型MOSFET的阈值电压。

在VGS>Vp时，IDS=0，即为截止状态。

在VGS

（2）增强型n-MOSFET：
增强型MOSFET在栅极电压为0时即不存在沟道。当正栅电压增大到出现沟道时，这时的栅极电压特称为开启电压Vop——增强型MOSFET的阈值电压。

在VGS

在VGS>Vop时，存在沟道，IDS≠0：若VDS较低，则为线性导电状态；若VDS≥ (VGS－Vop)时，则沟道在漏极端附近处夹断（非整个沟道夹断），漏极电流达到最大、并饱和，MOSFET即进入饱和状态。沟道开始夹断时的源-漏电压即为饱和电压Vsat= (VGS－Vop)。

（3）沟道夹断以后的导电性：
场效应晶体管是依靠多数载流子在沟道中的导电来工作的。没有沟道（栅极电压小于阈值电压时），即不导电——截止状态。出现了沟道（栅极电压大于阈值电压时），即可导电；并且在源-漏电压增大到使得沟道在漏极端夹断以后，其电流达到最大——饱和电流，即导电性能更好。为什么集电区能够很好地导电？

因为沟道夹断区实际上就是载流子被耗尽的区域，其中存在有沿着沟道方向的电场，所以只要有载流子到达夹断区边缘，就很容易被扫过夹断区而到达漏极——输出电流。可见，沟道夹断区与BJT的反偏集电结的势垒区类似，不但不起阻挡载流子的作用，而且还将有利于载流子的通过。因此，沟道夹断以后，器件的输出电流饱和，即达到最大。

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