【模电】场效应管的主要参数

直流参数

开启电压$UGS(th)$

  $UGS(th)$是在$UDS$为一常量时，使$iD$大于零所需的最小值$|uGS|$值。手册中给出的是在$iD$为规定的微小电流(如5uA)时的$uGS$。$UGS(th)$是增强型MOS管的参数。

夹断电压$UGS(off)$

  与$UGS(th)$相类似，$UGS(off)$是在$uDS$为常量情况下$iD$为规定的微小电流(如5uA)时的$uGS$，它是结场型场效应管和耗尽型MOS管的参数。

饱和漏极电流$IDSS$

  对于结型场效应管，在$uGS=0V$情况下产生预夹断时的漏极电流定义为$IDSS$。

直流输入电阻$RGS(DC)$

  $RGS(DC)$等于栅 - 源电压与栅极电流之比，结型管的$RGS(DS)$大于$10^7$Ω，而MOS管的$RGS(DS)$大于$10^9$Ω。手册中一般只给出栅极电流的大小
。

交流参数

低频跨导$gm$

  $gm$数值的大小表示$uGS$对$iD$控制作用的强弱。在管子工作在恒流区且$uDS$为常量的条件下，$iD$的微小变化量$\Delta iD$与引起它变化的$\Delta uGS$之比，称为低频跨导。即
$$gm=\frac{\Delta iD}{\Delta uGS}{\mid }_{UDS=常数}$$
$gm$的单位S(西门子)或mS。$gm$是转移特性曲线上某一点的切线的斜率，可通过下式求导而得：
$$iD=IDSS{(1-\frac{uGS}{UGS(off)})}^2(UGS(off)＜uGS＜0)$$$$iD=IDO(\frac{uGS}{UGS(th)}-1{)}^2$$
$gm$与切点的位置密切相关，由于转移特性曲线的非线性，因而$iD$越大，$gm$也越大。

极间电容

  场效应管的三个极之间均存在极间电容。通常，栅 - 源电容$Cgs$和栅 - 漏电容$Cgd$约为1 ~ 3pF，而漏 - 源电容$Cds$约为0.1 ~ 1pF。在高频电路中，应考虑极间电容的影响。管子的最高工作频率$fM$是综合考虑了三个电容的影响而确定的工作频率的上限值。

极限参数

最大漏极电流$IDM$

  $IDM$是管子正常工作时漏极电流的上限值。

击穿电压

  管子进入恒流区后，使$iD$骤然增大的$uDS$称为漏 - 源击穿电压$U(BR)DS$，$uDS$超过此值会使管子损坏。
  对于结场型效应管，使栅极与沟道间PN结反向击穿的$uGS$为栅 - 源击穿电压$U(BR)GS$；对于绝缘栅型场效应管，使绝缘层击穿的$uGS$为栅 - 源击穿电压$U(BR)GS$。

最大耗散功率$PDM$

  $PDM$决定于管子允许的温升。$PDM$确定后，便可在管子的输出特性上画出临界最大功耗线；再根据$IDM$和$U(BR)DS$，便可得到管子的安全工作区
  对于MOS管，栅 - 衬之间的电容容量很小，只要有少量的感应电荷就可以产生很高的电压。而由于$RGS(DC)$很大，感应电荷难于释放，以至于感应电荷所产生的高压会使很薄的绝缘层击穿，造成管子的损坏。因此，无论是在存放还是在工作电路中，都应为栅 - 源之间提供直流通路，避免栅极悬空；同时在焊接时，要将电烙铁良好接地。

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  已知某管子的输出特性曲线如下图所示。试分析该管是什么类型的场效应 (结型、绝缘栅型、N沟道、P沟道、增强型、耗尽型)。

  解：
  从$iD$或$uDS$、$uGS$的极性可知，该管为N沟道管；从输出特性曲线中开启电压$UGS(th)=4V＞0$可知，该管为增强型MOS管；所以该管为N沟道增强型MOS管。

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  管子T的输出特性曲线与电路分别如下图所示。试分析$uI$为0V、8V、和10V三种情况下$uO$分别为多少？

  解：
  当$uGS=uI=0V$时，管子处于夹断状态。因而$iD=0$。而$uO=uDS=VDD-iDRD=VDD=15V$。
  当$uGS=uI=8V$时，设管子工作在恒流区。则$iD=1mA$，因此$$uO=uDS=VDD-iDRD=(15-1\ast 5)V=10V$$大于$uGS-UGS(th)=(8-4)V=4V$，说明假设成立，管子工作在恒流区。
  当$uGS=uI=10V$时，若认为管子工作在恒流区，这$iD$约为2.2mA。因而$uO=(15-2.2\ast 5)V=4V$。但是，$uGS=10V$时的预夹断电压为
$$uDS=uGS-UGS(th)=(10-4)V=6V$$
$uDS$小于d - s在$uGS=10V$时的预夹断电压，说明管子已不工作在恒流区，而是工作在可变电阻区。从输出特性曲线可得$uGS=10V$时d - s间的等效电阻为
$$RDS=\frac{UDS}{ID}\approx \frac{3}{1\ast 10^{-3}}\Omega =3k\Omega$$所以$$uO=\frac{RDS}{Rd+RDS}\ast VCC\approx \frac{3}{5+3}\ast 15V\approx 5.6V$$

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  电路如下图所示，场效应管的夹断电压$UGS(off)=-4V$，饱和漏极电流$IDSS=4mA$。试问为保证负载电阻$RL$上的电流为恒流，$RL$的取值范围应为多少？

  解：
  从电路图可知，$uGS=0V$，因而$iD=IDSS=4mA$。并且$uGS=0V$时的预夹断电压$uDS=uDS-UGS(th)=[0-(-4)]V=4V$，而
$$uDS=VDD-iDRL$$所以保证$RL$为恒流的最大输出电压$Uomax=(VDD-4)V=8V$输出电压范围为0 ~ 8V，负载电阻$RL$的取值范围为
$$RL=\frac{UO}{IDSS}=02k\Omega$$

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$$笔记$$
  NMOS和PMOS的区别

晶体管	NMOS	PMOS
符号
主电流方向	D->S	S->D
导通条件	$VGS＞Vth$	$VGS<Vth$