漏極電流(ID)是MOS管中的電子流,取決于溝道的尺寸(W 和 L)以及施加在柵極和源極之間的電壓(VGS)。μn 是材料特性,表示電子在半導(dǎo)體中移動的速度。它是MOS管材料的屬性,通常在數(shù)據(jù)手冊中提供。Cox 是柵極氧化層的電容,是電荷儲存的能力。同樣,這個值通常在數(shù)據(jù)手冊中找得到。
IDM(脈沖漏極電流)反映了器件處理脈沖電流的能力,遠(yuǎn)高于連續(xù)直流電流。該參數(shù)設(shè)定為確保線的歐姆區(qū)內(nèi)的安全,即對于給定的柵-源電壓,MOSFET導(dǎo)通后存在最大漏極電流。長時間大功率工作可能導(dǎo)致器件失效,因此在典型柵極驅(qū)動電壓下需設(shè)定IDM值在安全區(qū)域之下。
MOS管的選擇至關(guān)重要,不同的參數(shù)直接影響到其性能與可靠性。首先是負(fù)載電流IL,這是MOSFET能夠承受的最大輸出電流,決定了MOSFET的負(fù)載能力。負(fù)載電流直接影響電路的穩(wěn)定性和效率。其次是輸入—輸出電壓,即MOSFET的額定電壓范圍,它受限于負(fù)載的占空比。
場效應(yīng)管主要參數(shù): 極限參數(shù):確保MOS管不損壞的最低要求,包括漏源電壓Vds、柵源電壓Vgs、連續(xù)漏極電流Id、瞬時漏極電流Idm、功耗Pd、結(jié)溫Tj等。 靜態(tài)參數(shù):常規(guī)應(yīng)用主要關(guān)注的參數(shù),具體參數(shù)根據(jù)MOS管的類型和應(yīng)用場景而定。
1、漏源電壓(VDSS):此參數(shù)確保MOS管在正常工作條件下不會因電流過大而損壞,起到了一道安全屏障的作用。 柵源電壓(VGS):保護(hù)柵極氧化層,防止過電壓損壞,確保柵極控制的精確性。 連續(xù)漏電流(ID):電路性能的直接指標(biāo),受結(jié)溫限制,對散熱設(shè)計有重要影響。
2、最大額定參數(shù)規(guī)定了MOS管在特定條件下的性能極限,例如溫度為25℃時的性能指標(biāo)。VDSS,最大漏-源電壓,指的是在柵源短接、漏-源額定電壓下未發(fā)生雪崩擊穿前允許的最大電壓。實際雪崩擊穿電壓可能低于額定值,詳細(xì)信息可見靜電學(xué)特性。
3、電流參數(shù):ID、IDM,關(guān)注脈沖電流能力。 溫度限制:如TJ、TSTG,保證器件性能和壽命。 能量相關(guān):如PD、EAS,反映器件的過載能力。 靜態(tài)電特性和動態(tài)電特性中,如V(BR)DSS、VGS(th)、RDS(on)等,都是理解MOS管性能的關(guān)鍵。
4、MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)對照表及規(guī)格如下:主要參數(shù) 開啟電壓UT:定義:標(biāo)志著管子開始導(dǎo)通的電壓門檻。重要性:影響場效應(yīng)管的導(dǎo)通狀態(tài)和工作范圍。夾斷電壓UP:定義:在固定漏極電壓下,使電流為零的柵源電壓。重要性:用于控制場效應(yīng)管的截止?fàn)顟B(tài)。
5、定義為在最大額定結(jié)溫TJ(max)下,管表面溫度為25℃或更高溫度時可允許的最大連續(xù)直流電流。該參數(shù)與結(jié)與管殼之間的熱阻RθJC和管殼溫度相關(guān)。ID中并不包含開關(guān)損耗,并且在實際使用時保持管表面溫度在25℃(Tcase)較為困難。因此,在硬開關(guān)應(yīng)用中,實際開關(guān)電流通常小于ID額定值的一半至1/4。
6、Vgs是柵極相對于源極的電壓。與NMOS一樣,導(dǎo)通的PMOS的工作區(qū)域也分為非飽和區(qū),臨界飽和點和飽和區(qū)。當(dāng)未形成反型溝道時,MOS管處于截止區(qū),其電壓條件是:|VGS||VTP(PMOS)|,PMOS的VGS和VTP都是負(fù)值。PMOS集成電路適合在低速、低頻領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用,采用-24V電壓供電。
MOSFETS飽和時候的漏極電流公式:I=(1/2)UnCox(W/L)*(Vgs-Vth)式中:Un:為電子的遷移速率。Cox:為單位面積柵氧化層電容。W/L:氧化層寬長比。Vgs-Vth:為過驅(qū)動電壓。
ID = 0.5 * μn * Cox * [(W / L) * (VGS - Vth)^2]其中:ID 代表漏極電流(Drain Current)。μn 是電子遷移率,反映了電子在半導(dǎo)體中的移動速度。Cox 是柵極氧化層的電容。W 是溝道的寬度。L 是溝道的長度。VGS 是柵極與源極之間的電壓。Vth 是MOS管的閾值電壓。
G:gate 柵極;S:source 源極;D:drain 漏極。N溝道的電源一般接在D,輸出S,P溝道的電源一般接在S,輸出D。增強耗盡接法基本一樣。晶體管有N型channel所有它稱為N-channel MOS管,或NMOS。P-channel MOS(PMOS)管也存在,是一個由輕摻雜的N型BACKGATE和P型source和drain組成的PMOS管。
MOS管最大持續(xù)電流=MOS耐電壓/MOS內(nèi)阻值。該額定電流應(yīng)為負(fù)載在所有條件下可承受的最大電流。 與電壓情況類似,即使系統(tǒng)產(chǎn)生尖峰電流,也要確保所選的MOS晶體管能夠承受此額定電流。 考慮的兩個當(dāng)前條件是連續(xù)模式和脈沖尖峰。 在連續(xù)導(dǎo)通模式下,MOS晶體管處于穩(wěn)定狀態(tài),此時電流繼續(xù)流經(jīng)器件。
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