上期回顾
MOSFET-Lec2,我们重点讲了两件事:
1、分析了自由电荷在沟道中的分布和行为,这个非常重要!!!,对后面理解其电路行为至关重要。
2、根据沟道中电荷的分布特点得出了I_D随V_GS和V_DS的变化的公式,进而得到了伏安特性曲线。
Fig. 1这个公式有没有限制条件呢?是不论V_GS和V_DS取任何值的时候都成立吗? OK,请往下看
本文内容:
夹断效应 pinch-off重新修正我们的公式和V-I曲线——————————————————————————————————
1、夹断效应 pinch-off
如下图Fig. 2,通过前两期的分析我们知道当漏极(D)电压高于源级(S)电压时,沟道中的电流分布式不一样的(不知道这个事儿的请翻看前两期内容)。
Fig. 2我们分三种情况讨论这个事,前提是V_GS>V_TH,因为只有满足这个条件时,沟道中才能有足够多的自由电荷,才能形成电流,否则沟道相当于关闭状态。
① V_GD>V_TH,此时沟道中的电荷分布为Fig. 3,此时沟道中的电流可以用红色框框中的公式来表示,没有问题。
Fig. 3② V_GD=V_TH,此时沟道中的电荷分布为Fig.4,靠近漏极的沟道中电荷数量为0,沟道末端的电压为V_D=V_G-V_TH,此时沟道中的电流也满足红色框框中的公式,而且I_D达到了公式中的最大值,即 Fig.1中的最高点。
Fig. 4③ V_GD<V_TH,此时沟道中的电荷分布为Fig.5,沟道长度略微减小到L',沟道的末端L'处的电荷为零,所以,V_G-V_L'=V_TH。
Fig. 5此时沟道的末端V_L'不等于V_D,沟道中的电流也就不满足红色框框中的公式,还记得Lec 2中公式推导中的那个积分吗?(不好意思,Lec 2中的积分公式写错了,更正如下)
由于沟道长度略微减小到L'和之前的长度L比,变化量可以忽略,左边的积分上下限不变,但是右边积分的上限不再是V_D,而是V_L'=V_G-V_TH,带入积分公式得
从这个式子中可以看出,当V_GD<V_TH时,I_D不随V_DS的变化而变化,I_D与(V_GS-V_TH)的平方成正比。这个时候,沟道中的电荷分布为Fig. 5的样子,称为夹断效应。
2、重新修正我们的公式和V-I曲线
好,现在我们重新修正下公式,给出一个完整的公式:(因为通常用源级作为参考电压,所以不用V_GD这种表达,V_GD=V_GS-V_DS,所以夹断效应的条件就变成了 V_DS>V_GS-V_TH)
重新画出I_D随V_DS和V_GS的曲线为:
OK,MOSFET的结构和电学特性到此为止就介绍的差不多了。下一期介绍下如果考虑沟道长度的变化,V-I特性曲线该如何变化,然后做一个小结。
关注我吧,带你把整个电子电路梳理清楚。