电子技术——MOS管的CV特性
MOS管是一种压控晶体管，本节我们学习MOS管的CV特性，即电压-电流特性。MOS管的特性曲线有两种，分别是伏安特性和传导特性。
i D − v D S i_D-v_{DS} iD−vDS 特性曲线
为了测量MOS管的 i D − v D S i_D-v_{DS} iD−vDS 曲线，我们使用下面的电路：
由上图可知，我们固定栅极电压
v
G
S
v_{GS}
vGS 然后调节源极-漏极电压
v
D
S
v_{DS}
vDS 来观察漏极电流
i
D
i_D
iD 的变化。通过这样的方法，我们就可以绘制出MOS管的CV特性曲线如下图：
图中显示了三个区域，分别是 截止区域 饱和区域 三极管区 。其中截止区域和三极管区作用于开关电路。
换句话说，如果MOS管用作于放大器，他必须处在饱和区。
图中展现了两条曲线，一种是在 v G S < V t n v_{GS} < V_{tn} vGS<Vtn 情况下测量的，此时MOS管永远工作在截止区，因为栅极没有足够大于阈值电压的电压来创建沟道，因此漏极电流恒为零。另一种是在 v G S = V t n + v O V v_{GS} = V_{tn} + v_{OV} vGS=Vtn+vOV 下测量，此时MOS管打开，可能处在三极管区，也可能处在饱和区。
三极管区和饱和区的边界即是 v D S v_{DS} vDS 和 v O V v_{OV} vOV 之间的大小关系，若想MOS管工作在饱和区，那么必须使得 v D S > v G − V t n v_{DS} > v_{G} - V_{tn} vDS>vG−Vtn 。
i D − v G S i_D-v_{GS} iD−vGS 特性曲线
由上节的知识，我们知道，当MOS管工作在饱和区的时候，此时 i D i_D iD 与 v D S v_{DS} vDS 无关，只与 v O V v_{OV} vOV 有关，关系是：
i D = 1 2 k n ′ ( W L ) v O V 2 i_D = \frac{1}{2} k'_{n} (\frac{W}{L}) v_{OV}^2 iD=21kn′(LW)vOV2
在不同 v O V v_{OV} vOV 测量得到的曲线如下：
此时，我们假设MOS管工作在饱和区（漏极电压足够大），那么
i
D
−
v
G
S
i_D-v_{GS}
iD−vGS 特性曲线应该是如下的二次曲线：
MOS管的有限内阻
观察伏安特性曲线，MOS管在饱和区显示出内阻无限大的特性（理想电流源），但是世上没有内阻无限大的电路，实际上MOS管一定是存在内阻的，改变 v D S v_{DS} vDS 电压产生的一个最大的效应就是会改变MOS管沟道的长度，如图所示：
图中沟道减小的那一段距离
Δ
L
\Delta L
ΔL 就是由电压
v
D
S
−
v
O
V
v_{DS}-v_{OV}
vDS−vOV 造成的线性变化，进而影响
i
D
i_D
iD 电流，这个效应称为 沟道长度调制效应 。
我们通过一个因子 λ \lambda λ 来描述这个变化， λ \lambda λ 参数是MOS管本身工艺和原始长度 L L L 决定的：
i D = 1 2 k n ′ ( W L ) v O V 2 ( 1 + λ v D S ) i_D = \frac{1}{2} k'_{n} (\frac{W}{L}) v_{OV}^2(1+\lambda v_{DS}) iD=21kn′(LW)vOV2(1+λvDS)
我们发现，新的曲线的延长线都交于一点 − V A = − 1 λ -V_A = -\frac{1}{\lambda} −VA=−λ1 ，即 V A = 1 λ V_A = \frac{1}{\lambda} VA=λ1 具有电压量纲。我们可以分离 L L L 变量：
V A = V A ′ L V_A = V_A' L VA=VA′L
此时 V A ′ V_A' VA′ 只和MOS管本身工艺有关，这个电压也称为厄尔利电压。
引入沟道长度调制效应之后，我们发现，MOS管不再显示出无限内阻特性，而是等效于一个有内阻的电流源：
这个内阻我们记为 r o r_o ro 定义为：
r o ≡ [ ∂ i D ∂ v D S ] v G S = c o n s t − 1 r_o \equiv [\frac{\partial i_D}{\partial v_{DS}}]^{-1}_{v_{GS}=const} ro≡[∂vDS∂iD]vGS=const−1
求导可的：
r o = [ λ k n ′ 2 W L ( V G S − V t n ) ] − 1 r_o = [\lambda \frac{k_{n}'}{2} \frac{W}{L}(V_{GS} - V_{tn})]^{-1} ro=[λ2kn′LW(VGS−Vtn)]−1
带入饱和电流公式：
r o = 1 λ I D = V A I D r_o = \frac{1}{\lambda I_D} = \frac{V_A}{I_D} ro=λID1=IDVA文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-426617.html
其中 I D I_D ID 是之前无沟道长度调制效应时的饱和电流，由此可见，内阻和漏极电流成反比。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-426617.html
到了这里，关于电子技术——MOS管的CV特性的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
