15、场效应晶体管和PNPN器件详解

场效应晶体管和PNPN器件详解

1. MOSFET相关特性与计算

MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是电子设备中常用的元件，具有不同的工作模式和特性。

1.1 N沟道MOSFET耗尽模式

在增强模式中，施加正电压 $v_{GS}$ ，随着电压值增加，沟道电导率增加直至达到饱和。而N沟道MOSFET在耗尽模式下，即使 $v_{GS}$ 为零，由于存在植入沟道，施加电压 $v_{DS}$ 时仍会有漏极电流 $i_D$ 流动。若要降低沟道电导率，可施加足够大的负 $v_{GS}$ 来耗尽植入沟道。使沟道完全耗尽的负 $v_{GS}$ 值就是N沟道MOSFET的阈值电压 $V_T$ ，显然它是负值。在该阈值负电压下，即使 $v_{DS}$ 存在，漏极电流 $i_D$ 也为零。

输出电导定义为：
$g_o = \frac{\partial i_D}{\partial v_{DS}}\big| {v {GS}=const}$

在饱和状态下，其斜率为：
$g_{o(sat)} = 0$

对于三极管区域，根据公式：
$i_D = k_n\frac{W}{L}(v_{GS}-V_T)v_{DS}-\frac{1}{2}v_{DS}^2$

通过对上述表达式求导可得输出电导：
$g_o = k_n\frac{W}{L}(v_{GS}-V_T - v_{DS})$

典型的N沟道MOSFET的 $i_D$ 与 $v_{GS}$ 特性曲线如图所示，其中 $I_{DSS}$ 是 $v_{GS}=0$ 时饱和状态下的漏极电流值。