mos管飽和區電流公式與MOS的其他三個區域解析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2019-12-19
本文主要講mos管飽和區電流公式，但是我們先來看一下mos場效應管四個區域詳解。
1）可變電阻區（也稱非飽和區）
滿足Ucs》Ucs（th）（開啟電壓），uDs《UGs-Ucs（th），為圖中預夾斷軌跡左邊的區域其溝道開啟。在該區域UDs值較小，溝道電阻基本上僅受UGs控制。當uGs一定時，ip與uDs成線性關系，該區域近似為一組直線。這時場效管D、S間相當于一個受電壓UGS控制的可變電阻。
2）恒流區（也稱飽和區、放大區、有源區）
滿足Ucs≥Ucs（h）且Ubs≥UcsUssth），為圖中預夾斷軌跡右邊、但尚未擊穿的區域，在該區域內，當uGs一定時，ib幾乎不隨UDs而變化，呈恒流特性。i僅受UGs控制，這時場效應管D、S間相當于一個受電壓uGs控制的電流源。場效應管用于放大電路時，一般就工作在該區域，所以也稱為放大區。
3）夾斷區（也稱截止區）
夾斷區（也稱截止區）滿足ucs《Ues（th）為圖中靠近橫軸的區域，其溝道被全部夾斷，稱為全夾斷，io=0，管子不工作。
4）擊穿區位
擊穿區位于圖中右邊的區域。隨著UDs的不斷增大，PN結因承受太大的反向電壓而擊穿，ip急劇增加。工作時應避免管子工作在擊穿區。
轉移特性曲線可以從輸出特性曲線。上用作圖的方法求得。例如在圖3（ a）中作Ubs=6V的垂直線，將其與各條曲線的交點對應的i、Us值在ib- Uss 坐標中連成曲線，即得到轉移性曲線，如圖3（b）所示。
mos管飽和區電流公式，在強反型狀態下飽和區中的工作。小信號參數的值因MOS晶體管的工作區域而變化。假定MOS晶體管處于VGS比閾值電壓VT高得多的強反型狀態，而且工作在飽和區，求這種狀況下的小信號參數。
可將跨導gm表示如下：
在能夠疏忽溝道長度調制效應的狀況下，得到
這個跨導gm能夠用漏極電流ID表示為
也能夠用漏極電流ID和柵極-源極間電壓VGS表示為
體跨導gmb能夠由下式求得：
由式(1．18)和式(1.20)，能夠分別導出
所以得到
應用式(1.18)，能夠將漏極電導表示為
應用這些小信號參數，能夠將小信號漏極電流id表示為下式：
柵極電壓可以產生溝道，也可以使溝道消失——夾斷；而源-漏電壓也有可能使MOSFET的溝道夾斷（局部夾斷），則溝道夾斷的電壓對應有兩個電壓。一般，產生或者夾斷溝道的柵極電壓稱為閾值電壓VT，而使溝道夾斷的源-漏電壓往往稱為飽和電壓Vsat，因為這時的源-漏電流最大、并飽和（即與源-漏電壓無關）。
（1） 耗盡型n-MOSFET：
耗盡型MOSFET在柵極電壓為0時即存在溝道。當負柵電壓增大到使溝道夾斷（整個溝道均勻夾斷）時，這時的柵電壓就稱為夾斷電壓Vp——耗盡型MOSFET的閾值電壓。
在VGS>Vp時，IDS=0，即為截止狀態。
在VGS<Vp時，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線性導電狀態；若VDS= (Vp－VGS)時，則溝道在漏極端附近處夾斷（非整個溝道夾斷），漏極電流達到最大——飽和電流，這時的源-漏電壓就稱為飽和電壓。飽和電壓也就是使溝道發生局部夾斷時的源-漏電壓。在VDS≥Vsat=(Vp－VGS)即為MOSFET的飽和區。
（2）增強型n-MOSFET：
增強型MOSFET在柵極電壓為0時即不存在溝道。當正柵電壓增大到出現溝道時，這時的柵極電壓特稱為開啟電壓Vop——增強型MOSFET的閾值電壓。
在VGS<Vop時，沒有溝道，則IDS=0，即為截止狀態。
在VGS>Vop時，存在溝道，IDS≠0：若VDS較低，則為線性導電狀態；若VDS≥ (VGS－Vop)時，則溝道在漏極端附近處夾斷（非整個溝道夾斷），漏極電流達到最大、并飽和，MOSFET即進入飽和狀態。溝道開始夾斷時的源-漏電壓即為飽和電壓Vsat= (VGS－Vop)。
（3）溝道夾斷以后的導電性：
場效應晶體管是依靠多數載流子在溝道中的導電來工作的。沒有溝道（柵極電壓小于閾值電壓時），即不導電——截止狀態。出現了溝道（柵極電壓大于閾值電壓時），即可導電；并且在源-漏電壓增大到使得溝道在漏極端夾斷以后，其電流達到最大——飽和電流，即導電性能更好。為什么集電區能夠很好地導電？
因為溝道夾斷區實際上就是載流子被耗盡的區域，其中存在有沿著溝道方向的電場，所以只要有載流子到達夾斷區邊緣，就很容易被掃過夾斷區而到達漏極——輸出電流。可見，溝道夾斷區與BJT的反偏集電結的勢壘區類似，不但不起阻擋載流子的作用，而且還將有利于載流子的通過。因此，溝道夾斷以后，器件的輸出電流飽和，即達到最大。
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