MOS管工作区间及开通过程分析——以N沟道增强型MOS为例

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了MOS管工作区间及开通过程分析——以N沟道增强型MOS为例。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

N沟道增强型MOS管的结构如图1所示,P型衬底上制作两个高掺杂的N区,引出作为漏极D和源极S,衬底上再制作一块绝缘层,绝缘层上在制作一层金属电极,引出作为栅极G,即构成了常见的N沟道增强型MOS管。一般而言,衬底B和S极会连在一起,当在栅极处加正电压时,靠近衬底的绝缘层会产生感应电荷,当感应电荷足够多时,D和S之间形成导电沟道,只要DS之间有电压,即可产生电流。另外,从结构上看,衬底B和S以及D之间都有一个PN结,但是B和S连在一起,所以BS之间的PN结被短路,B(S)和D之间的PN结即是的MOS的寄生二极管。(本文参考的模电书为《模拟电子技术基础(第四版)》,高等教育出版社,童诗白,华成英主编)

mos管开通过程,电平,单片机,嵌入式硬件

图1 N沟道增强型MOS管的结构示意图

1. MOS管工作区的划分

mos管开通过程,电平,单片机,嵌入式硬件

图2 MOS管输出特性曲线

首先介绍一下模电书上对各工作区的介绍:

夹断区:当VGS<Vth时,MOS管导电沟道被夹断不导通,此时ID≈0。

恒流区 (饱和区):当VDS>VGS-Vth(即VGD<Vth)时,MOS管进入恒流区,在此工作区内,VDS增大时,ID仅略微增大,因此可将ID看作是受VGS控制的电流源,当MOS管做放大管使用时,工作在此区域

可变电阻区:当VDS<VGS-Vth(即VGD>Vth)时,MOS工作在可变电阻区,在此区域中,可通过改变VGS的大小来改变MOS的导通电阻大小

关于MOS管的夹断:当VGS为一固定值时,若在DS之间加一正向电压,增必将产生漏极电流,并且VDS的增大会使ID增大,沟道沿源漏方向变窄,并在VDS=VGS-Vth(即VGD=Vth)时,出现预夹断,随着VDS继续增大,MOS将承担管子的压降,但漏极电流基本不变,管子进入恒流区。

以上便是教材中对MOS工作区极夹断现象的描述,由此,可以自然而然地提出以下问题:

1).夹断区和MOS管的夹断是一回事吗?

实际不是,因为当驱动电压小于MOS的导通门限时,MOS管是没有形成导电沟道的。而书中对MOS管的夹断也明确写出MOS管出现夹断现象时,管子工作在恒流区。为更好地区分这两种工作状态,在图2中,我把这一区域称为截止区。

2).为什么预夹断电压是VDS=VGS-Vth(即VGD=Vth)?

因为Vth是MOS管的导通电压,这意味着在这个电压下,导电沟道刚刚形成。当漏极电压升高到VGD=Vth时,说明导电沟道靠漏极一端的电压降到了导通电压,所以MOS管漏极出现夹断。

3).夹断时,MOS管为什么由电流通过?最大漏极电流为什么由VGS确定?

当VDS大到一定程度,MOS管被完全夹断,这其实是反型层的载流子在电场作用下迅速流动的变现而非导电沟道消失。并且,VGS大小决定了反型层的厚度,即决定了载流子的多少。在这种情况下,VDS的越增加,导电沟道的夹断区越长,电阻越大,VDS主要用于克服导电沟道夹断导致的电阻的上升对电流的影响,而VGS的增加则可拓宽导电沟道,所以此时的最大漏极电流由VGS确定。图3摘录了NDS351N 的数据手册,可以看到,VGS一定时,导通电阻随ID越增加而增加,这导致了VDS的上升,VGS越小,这一现象越明显(越容易夹断)。

mos管开通过程,电平,单片机,嵌入式硬件

图3 MOS管器件手册中ID-VDS和Ron-ID关系

总的来说,MOS做开关管使用时,其工作状态在截止区和可变电阻区之间切换,做放大管使用时,工作在饱和区。现如今,大部分的文档对MOS的工作状态的描述都是假设VGS不变,让VDS增加,描述这一过程中MOS管工作状态的变化。但当我重新回头看这么一段描述,浮上我脑海中的最大疑问是:为什么VDS会增加?这是因为在实际的应用场景中,VDS是基本固定不变的,被操纵的一般是驱动电压VGS。而且在作者的工作中,接触的都是工作在开关状态下的MOS,其导通压降很小,很难想象VDS逐步增大的场景,所以下文将从VDS固定不变,VGS压逐渐变大的角度分析MOS的开通过程。

2. MOS管的开通过程

关于MOS管的开通过程,网络上有许多文档进行分析,其来源应为一篇带感性负载的MOS管开通过程的分析,很多转发该文章的网文却常常忽略了这一点,把这个过程当做了所有场景下MOS的开通过程。因此,在分析之前,先说明本文分析的前提:阻性负载下,VDS固定时,加驱动电压VGS的情况下,MOS管的导通过程分析。(注明:由于作者水平有限,本文的分析有些推论未查证到相关文献,如有错误,请指正。)

mos管开通过程,电平,单片机,嵌入式硬件

图4 带阻性负载的MOS管电路

带阻性负载的MOS管电路模型如图4所示,其在GS、GD、DS之间都有寄生电容,在DS之间还有一个寄生二极管。在t0时刻,MOS管栅极加一驱动电压VGS,其值为MOS管完全导通所需要的驱动电压VGS(sat),其开通过程中,VDS、VGS、ID的变化如图5所示。分析如下:

mos管开通过程,电平,单片机,嵌入式硬件

图5 MOS管开通过程

t0~t1:在此区间内,VGS给Cgs充电,但由于Cgs两端电压尚未上升到MOS管的阈值电压,所以MOS管处于截止状态。另外,由于VDD一直存在,所以Cgd的电压应该是从-VGD逐渐上升的(D极电压大于G极)。

t1~t2:t1时刻,Cgs两端电压大于MOS的导通压,此时MOS管开始导通,漏极电流形成,Cgd通过MOS管开始放电,VDS也开始下降。这段时间里,VGD<0<Vth,MOS管处于夹断状态,工作在饱和区。

t2~t3:t2时刻,VDS两端电压下降到与VGS一致,此时VGD=0,MOS管进入密勒平台,栅极电流开始给Cgd充电,由于VGD开始上升,靠近漏极一侧的导电沟道逐渐变宽,MOS管夹断现象开始消失,导电沟道的扩宽使得VDS迅速下降。到t3时刻,VGD=Vth,MOS管的VGD上升到预夹断电压上,此阶段,MOS管依然工作在饱和区,而在密勒平台,VGS基本不变,因此,ID无变化。

t3~t4:t3时刻后,由于VGD>Vth,MOS管进入可变电阻区,在密勒平台的持续时间里,VDS的压降会降至基本等于饱和导通压降(否则栅极电流应该还是大部分会给Cgd充电,Cgs电压不会抬高),此时VGS不变,VDS下降,MOS管工作在可变电阻区,那么按照MOS管的工作特性曲线,ID应略有下降。

t4~t5:t4时刻,MOS管的密勒平台结束,Cgs继续充电至VGS(sat),ID随着VGS的增大而增大(导电沟道扩宽使导通电阻变小,ID上升,前提是负载足够重),此时MOS管饱和导通,工作在可变电阻区。

后续,若负载继续加重,使漏极电流继续上升,则MOS管的电流将会饱和,MOS管进入饱和区。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-696834.html

到了这里,关于MOS管工作区间及开通过程分析——以N沟道增强型MOS为例的文章就介绍完了。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!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • go work 笔记 (多模块工作区)

    go 1.18 引入了功能泛型 (Generics), 同时还引入的多模块工作区 (Workspaces) 和模糊测试 (Fuzzing)。 Go 多模块工作区能够使开发者能够更容易地同时处理多个模块的工作, 如: 方便进行依赖的代码调试(打断点、修改代码)、排查依赖代码 bug 方便同时进行多个仓库/模块并行开发调试 通

    2024年02月12日
    浏览(44)
  • vscode如何修改工作区(workspaces)目录

    首先 ctrl+shift+P 调出搜索框 其次搜索Workspace settings (json),并打开 打开以后将\\\"path\\\"后的路径由之前的默认路径修改为目标文件夹的完成路径即可。  

    2024年02月11日
    浏览(47)
  • git工作区删除了文件想更新回来

    删除了本地dev分支的几个文件,本地dev对应远端dev分支,想更新回来 法一、如果你知道文件夹名称或者文件名称: 法二、工作区的修改,其中就包括删除,这其实都会被git认为正常的操作,即使是你误操作 而针对你的操作,git提供了回退操作,如下图 法三,直接将本地库整

    2024年02月11日
    浏览(60)
  • Git——三大分区【工作区 / 暂存区 / 版本区】

    前言 :Git作为一个版本管理工具,最核心组成思想是它的三个分区:工作区、暂存区和工作区。   Git的工作区也就是我们平时编辑代码的目录文件夹。   暂存区就是一个 暂时放置修改文件记录 的地方。以往仓库中放货物为例,向仓库中放货物总是一车车的拉,因为如

    2024年02月06日
    浏览(63)
  • 注册claude AI账号 slack工作区账号

    Claude 是建立在 slack工作区的一个AI人工助手,更像是将chatgpt集成到了会议模式,一个账号实际上拥有了你的会议室和你的AI助手,你可以让你的朋友和同事进入你的房间体验。 Claude是不是openai的产物?目前还不知道,不过就从回复速度来看,他比chatgpt和通过api调用的第三方

    2023年04月18日
    浏览(82)
  • Azure 机器学习 - 如何使用模板创建安全工作区

    本教程介绍如何使用 [Microsoft Bicep]和 [Hashicorp Terraform]模板创建以下 Azure 资源: Azure 虚拟网络。 以下资源在此 VNet 后面进行保护: Azure 机器学习工作区 Azure 机器学习计算实例 Azure 机器学习计算群集 Azure 存储帐户 Azure Key Vault Azure Application Insights Azure 容器注册表 Azure Bastion

    2024年02月04日
    浏览(47)
  • idea将文件移出git的工作区

    之前使用idea在commit项目时候,忘记添加.gitignore文件了,导致提交了很多无关的文件进入远程仓库,网上有教程是使用git - reset head 方法,但是这个方法只是将上一次的commit文件覆盖当前的暂存区文件,而非移除暂存区文件,所以没有用   但是在idea工具好像并没有提供将文件移

    2024年02月13日
    浏览(45)
  • git 将其它分支的文件检出到工作区

    主要是使用如下命令: 覆盖与 pathspec 匹配的文件的内容。当没有给出 tree-ish (通常是一个commit)时,用 index 中的内容覆盖工作树。当给出 tree-ish 时,用 tree-ish 处的内容同时覆盖 index 和工作树。 由于前一个的合并失败,index 可能包含未合并的条目。默认情况下,如果您试图从

    2023年04月09日
    浏览(39)
  • git在工作区和本地库的操作命令

     本文介绍一些开发时,常用的在工作区和本地库之间的操作命令 工作树的修改内容要提交到本地库,首先需要先添加到缓存区stage,在commit到本地库。 你开发了一段时间,可能已经忘记了修改过那几个文件 可以使用 git status 查看 工作区和缓存区的内容 ,即修改过的文件和

    2024年02月15日
    浏览(43)
  • 浅谈vscode中指代工作区或项目的路径等配置

    在Visual Studio Code中,除了 ${workspaceFolder} 之外,还有其他一些类似的配置,用于指代工作区或项目的路径或其他信息。以下是一些常用的配置: ${workspaceFolder} : 工作区的根目录路径。 ${workspaceFolderBasename} : 工作区的根目录名称。 ${file} : 当前打开文件的完整路径。 ${fileDirnam

    2024年02月08日
    浏览(37)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包