從控制電路電流的角度再看絕緣柵型場效應管(MOS管)

1、N溝道增強型MOS場效應管

在分析場效應管之前，我們先看看我們最熟悉的手電筒電路，手電筒電路中有三個“要素”，分別是電源VCC、燈泡（負載RL）和開關K，開關的兩端分別是D和S，如圖1所示。

圖1

我還是那個思想，我們的目的是在D-S之間加上一個器件（代替開關K），這個器件能使電流從D端流進并從S端流出，同時這個電流又能被一個小的電壓信號控制，那么這個器件就做成了。

首先，我們取一塊P型半導體做襯底，在這個P型半導體的兩個位置置入兩塊N型半導體并分別接到D和S兩端，如圖2所示，兩個N型半導體與襯底P型半導體分別形成兩個PN結，由于所加的這兩塊N型半導體中間是P型半導體，在D-S之間加入電源，在一定條件下（不擊穿情況下），D-S之間沒有電流通過，下面我們需要在D-S之間產生一個“電流管道”，這個電流管道的寬度要受一個電壓信號控制，這樣，流過D-S之間的電流就被控制了。

圖2

下面，我們在D-S之間的P型半導體襯底外側放上一個二氧化硅的絕緣層，在絕緣層的外側再加個金屬電極G（絕緣柵極-它與被控制的回路D-S絕緣），如圖3所示，好了，一個N溝道的增強型的絕緣柵型的場效應管（MOSFET）做成了（金屬-氧化物-半導體場效應管），下面的工作就是如何讓D-S之間有導電溝道，并且有電流流過，同時這個電流的大小又受柵源極電壓UGS的控制。

圖3 MOS管示意圖

首先，我們假設VCC=0，我們在柵極G和源極S加一個電源UGS，為了使D-S之間的兩個N型半導體連在一起形成電流管道（導電溝道），我們需要UGS>0，隨著UGS的逐漸加大，襯底P型半導體中的少子（自由電子）就向絕緣層的一側移動，當UGS大于一個電壓值Uth（開啟電壓）時，D-S之間就形成了N型的導電溝道（NMOS管），導電溝道的寬窄與UGS的大小有關，也就是說，D-S之間的電流受UGS電壓大小的控制，如圖4所示。

圖4

可以看到，增強型的NMOS在UGS=0時，D-S之間沒有導電溝道，它的元件符號也說明此特性，圖5所示，D-S之間是虛線。

圖5

這也就好理解其輸出特性曲線上隨著UGS正壓越大則iD越大的原因了，見圖6。

圖6 增強型NMOS場效應管輸出特性曲線

轉移特性曲線也就好理解了，見圖7所示。

圖7 轉移特性曲線

當UDS不等于零時，由于從D到S之間導電溝道內任意一點對S極的點位不同，對UGS的反作用也不同，越靠近D極導電溝道就越變窄，當UDS大于UGS時，導電溝道就能被夾斷，夾斷后盡管UDS再增大，但是，D-S之間的電流不再增大，如圖8所示。

圖8

可以看到，當UGS大于開啟電壓時，D-S電流與UGS之間成比例關系（用來實現信號的線性放大）。而當UGS很大時導電溝道導電，相當圖1開關合上，當UGS小于開啟電壓時，導電溝道被整個夾斷，相當于圖1開關打開，這種極端情況可以把場效應管看成是可控開關。

2、N溝道耗盡型MOS場效應管

當在上面結構的管子生產時在絕緣層里就加入了正電荷，使得器件出廠時D-S之間就有導電溝道，這種器件就是N溝道耗盡型MOS管，可以想象，UGS等于零時D-S之間就有導電溝道，大家就可以想象出它的輸出特性曲線和轉移特性曲線了，這里就不再贅述。

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