模拟电路设计(8)--- 耗尽型MOSFET

2023-11-17

上篇我们讲到增强型MOSFET的特点是,N沟道的建立是Ugs的贡献,没有Ugs>Ut,导电沟道就无法建立,D、S就不会有导通电流。这边我们要说的是另一种MOSFET,称为耗尽型MOSFET。

N沟道耗尽型MOSFET结构示意图

以N沟道耗尽型MOSFET来说明,它在制造过程中,在二氧化硅的绝缘层中掺入了大量的正离子,形成了一个正电中心,产生了指向P型硅表面的垂直电场,这样一来,在Ugs=0时,D、S之间已经有N沟道形成,若Ugs大于零,导电沟道加宽,当Ugs为负值,负到一定值,正电中心形成的垂直电场被抵消,导电沟道消失。那么,此时的Ugs被称为夹断电压Up。耗尽型MOSFET的特性曲线类似于增强型MOSFET,只是出现了负偏置,如下图所示。

当Uds固定,Id=0的位置,Ugs为负值,即夹断电压。

对于P沟道的MOSFET,偏置电压的极性要求正好与N沟道MOSFET相反,不再赘述。下面来说下MOSFET的主要参数和等效数学模型。

MOSFET主要参数

MOSFET的等效数学模型

对于上图的MOSFET完整等效电路示意图,可以看出是两个压控电流源组成的简单线性电路网络,在中、低频回路中,各极间电容可以忽略不计,在高频电路中极间电容需要全部考虑计算。

MOSFET在实际应用中的注意事项

1. MOSFET在使用过程中除了选择正确的参数和正确的计算外,最值得强调的是防静电操作问题。由于MOSFET的栅源之间距离很短,且绝缘,又少量的电荷就足以使绝缘栅极击穿,导致MOSFET器件失效,因此MOS管会被戏称为“摸死”管,就是为了强调它的静电敏感性极高。在电路安装、焊接、调试过程中尤其需要注意,避免板子出现不可预知的问题,影响开发进度。

2. 对于大功率MOS管,需要和大功率BJT一样考虑散热问题

3. 对于高频使用场景,由于MOS管G、S之间阻抗很高,对电场的变化非常敏感,所以在使用高频MOS管作为高频前端放大器时,需要设计良好的电场屏蔽结构。


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