从控制电路电流的角度再看绝缘栅型场效应管(MOS管)

1、N沟道增强型MOS场效应管

在分析场效应管之前，我们先看看我们最熟悉的手电筒电路，手电筒电路中有三个“要素”，分别是电源VCC、灯泡（负载RL）和开关K，开关的两端分别是D和S，如图1所示。

图1

我还是那个思想，我们的目的是在D-S之间加上一个器件（代替开关K），这个器件能使电流从D端流进并从S端流出，同时这个电流又能被一个小的电压信号控制，那么这个器件就做成了。

首先，我们取一块P型半导体做衬底，在这个P型半导体的两个位置置入两块N型半导体并分别接到D和S两端，如图2所示，两个N型半导体与衬底P型半导体分别形成两个PN结，由于所加的这两块N型半导体中间是P型半导体，在D-S之间加入电源，在一定条件下（不击穿情况下），D-S之间没有电流通过，下面我们需要在D-S之间产生一个“电流管道”，这个电流管道的宽度要受一个电压信号控制，这样，流过D-S之间的电流就被控制了。

图2

下面，我们在D-S之间的P型半导体衬底外侧放上一个二氧化硅的绝缘层，在绝缘层的外侧再加个金属电极G（绝缘栅极-它与被控制的回路D-S绝缘），如图3所示，好了，一个N沟道的增强型的绝缘栅型的场效应管（MOSFET）做成了（金属-氧化物-半导体场效应管），下面的工作就是如何让D-S之间有导电沟道，并且有电流流过，同时这个电流的大小又受栅源极电压UGS的控制。

图3 MOS管示意图

首先，我们假设VCC=0，我们在栅极G和源极S加一个电源UGS，为了使D-S之间的两个N型半导体连在一起形成电流管道（导电沟道），我们需要UGS>0，随着UGS的逐渐加大，衬底P型半导体中的少子（自由电子）就向绝缘层的一侧移动，当UGS大于一个电压值Uth（开启电压）时，D-S之间就形成了N型的导电沟道（NMOS管），导电沟道的宽窄与UGS的大小有关，也就是说，D-S之间的电流受UGS电压大小的控制，如图4所示。

图4

可以看到，增强型的NMOS在UGS=0时，D-S之间没有导电沟道，它的元件符号也说明此特性，图5所示，D-S之间是虚线。

图5

这也就好理解其输出特性曲线上随着UGS正压越大则iD越大的原因了，见图6。

图6 增强型NMOS场效应管输出特性曲线

转移特性曲线也就好理解了，见图7所示。

图7 转移特性曲线

当UDS不等于零时，由于从D到S之间导电沟道内任意一点对S极的点位不同，对UGS的反作用也不同，越靠近D极导电沟道就越变窄，当UDS大于UGS时，导电沟道就能被夹断，夹断后尽管UDS再增大，但是，D-S之间的电流不再增大，如图8所示。

图8

可以看到，当UGS大于开启电压时，D-S电流与UGS之间成比例关系（用来实现信号的线性放大）。而当UGS很大时导电沟道导电，相当图1开关合上，当UGS小于开启电压时，导电沟道被整个夹断，相当于图1开关打开，这种极端情况可以把场效应管看成是可控开关。

2、N沟道耗尽型MOS场效应管

当在上面结构的管子生产时在绝缘层里就加入了正电荷，使得器件出厂时D-S之间就有导电沟道，这种器件就是N沟道耗尽型MOS管，可以想象，UGS等于零时D-S之间就有导电沟道，大家就可以想象出它的输出特性曲线和转移特性曲线了，这里就不再赘述。

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