MOS管-传输特性曲线的细微之处

原创 硬件微讲堂 2023-01-24 14:54

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今年在杭州过年,新年这几天,大部分时间都在看电视,但是无论怎么看,感觉都不香,于是爬起来看会儿书,舒服的感觉回来了。果真还是“学习让我快乐,进步让我安全”!


咱继续盘MOS管。


一个选择题




照例,先抛出一个选择题:如下两幅图所示,两组Id-Vgs传输特性曲线分别对应哪个管子?图1对应(  ),图2对应(  )

A:BJT;

B:N沟道-增强型-MOS管;

C:N沟道-耗尽型-MOS管;

DN沟道-JFET;



提示1:忽略3个差异点:①忽略Id的大小(不用管0.3A还是5A,不重要);②忽略传输特性曲线的弧度及斜率(不是今天讨论的重点);③忽略Vds的数值(不用管是15V,还是5V,不重要)。


提示2:注意过零点。


在这里,二火可以拍着胸脯讲:这个问题你在网上很难搜得到。估计有一部分工程师(可能是多数)不知道两者的区别及其代表的含义,即便是已经给出了提示。


FET的传输特性曲线




想要弄清楚上面的问题,我们首先得知道场效应管的传输特性曲线是什么。


场效应管(FET)的栅极输入端基本没有电流,如此也没有必要研究输入电压与电流的关系,所以我们很少讨论FET的输入特性。但是FET是压控型器件,可以通过栅-源电压Vgs来控制漏极电流Id,所以就有了转移特性:

前提:漏-源电压Vds保持一个固定值。这个数值,不同厂家不同型号在定义转移特性曲线时,可能不同。


以Nexperia的PMX100UNE(MOS管-N沟道-增强型)为例,如下图所示,Vds=5V。而上面问题中给出的图2,Vds=15V。



值得一提的是:上图提供的Id-Vgs传输特性曲线和上面问题中给出的曲线都不一样。你再考虑下是为什么?


寻找差异




说完传输特性曲线,我们再看看问题中图片的差异点。



如上图绿色箭头所指,图1中在Vgs=0V时,Id=0.21A;在Vgs>0V时,Id继续增大;图2中在Vgs=0V时,Id=5A;没有Vgs>0V的情况。


根据题目提示,忽略Id的大小差异和曲线弧度。那就剩下:

①图1在Vgs>0时,Id继续增大;

②图2在Vgs>0时,没有Id的数值。


为什么图2中没有展现Vgs>0的情况?是原本就是没有,还是省略了?如果不知道,请继续往下看。


3种传输特性曲线




图3,Vgs都是正值,给出的是N沟道-增强型-MOS管的传输特性曲线。而我们知道,MOS管不光有增强型,还有耗尽型。


图1,Vgs一部分是负值,一部分是正值,给出的就是N沟道-耗尽型-MOS管的传输特性曲线。


图2,Vgs都是负值,给出的是N沟道-JFET(结型场效应管)的传输特性曲线。尤其要说明下,JFET的Vgs不能为正,必须为负电压。


这样描述可能不直观。我们看下N沟道-JFET的构造,如下图所示,栅极和源极之间就是一个耗尽层(PN结)。如果给栅-源之间Vgs加上正电压,PN结正偏,栅-源极会直接导通,根本起不到控制作用。所以,N-JFET的Vgs必须为负电压。



公布答案




图1对应的是选项C,是N沟道-耗尽型-MOS管的转移特性,图2对应的是选项D,是N沟道-JFET的转移特性。耗尽型NMOS的Vgs可以大于0,但N-JFET的Vgs只能为负电压。


图2中没有展现Vgs>0的情况,不是省略,而是因为Vgs不允许大于0,这是区分N沟道耗尽型MOS和N沟道JFET的关键点


总  结




先聊到这里,现在梳理下今天讨论的内容:

①介绍了FET的传输特性曲线;
②讲解了三种传输特性曲线的差异点及对应的FET;
③重点说明了JFET的Vgs为什么不能为正值;

怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里,能否晋升到陆地神仙境一剑开天门就看你的造化了!


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