耗尽型MOSFET的符号/工作原理/类型/特性/应用场景

　　金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是一种电压控制器件，由源极、漏极、栅极和主体等端子构成，用于放大或切换电路内的电压，也广泛用于数字应用的

IC。此外，也用于放大器和滤波器等模拟电路。MOSFET的设计主要是为了克服FET的缺点，例如高漏极电阻、中等输入阻抗和运行缓慢。MOSFET有增强型和耗尽型两种。本文主要介绍耗尽型MOSFET，以及它的使用场景。

　　什么是耗尽型MOSFET？

　　连接时通常打开而不施加任何栅极电压的MOSFET称为耗尽型MOSFET。在这个MOSFET中，电流从漏极端流向源极。这种类型的MOSFET也被称为通常在设备上。

　　一旦在MOSFET的栅极端施加电压，源极沟道的漏极将变得更具电阻。当栅源电压增加更多时，从漏极到源极的电流将减少，直到电流从漏极到源极的流动停止。

　　耗尽型MOSFET符号

　　p 沟道和 n 沟道的耗尽型MOSFET符号如下所示。在这些MOSFET中，箭头符号表示MOSFET的类型，如 P 型或 N

型。如果箭头符号在内部方向，则它是 n 通道，如果箭头符号在外部，则它是 p 通道。

　　

　　耗尽型MOSFET如何工作？

　　默认情况下会激活耗尽型MOSFET。在这里，源极和漏极是物理连接的。要了解MOSFET的工作原理，让我们了解耗尽型MOSFET的类型。

　　耗尽型MOSFET的类型

　　耗尽型MOSFET结构因类型而异。MOSFET有两种类型的 p 沟道耗尽模式和 n

沟道耗尽模式。因此，下面将讨论每种耗尽型MOSFET结构及其工作原理。

　　N 沟道耗尽型MOSFET

　　N沟道耗尽型MOSFET的结构如下图所示。在这种耗尽型MOSFET中，源极和漏极通过一小条 N 型半导体连接。这种MOSFET中使用的衬底是 P

型半导体，电子是这种MOSFET中的主要电荷载流子。在这里，源极和漏极被重掺杂。

　　N 沟道耗尽型MOSFET结构与增强型 n 沟道MOSFET结构相同，只是其工作方式不同。源极和漏极端子之间的间隙由n型杂质组成。

　　

　　当我们在源极和漏极等两个端子之间施加电位差时，电流会流过衬底的整个 n

区。当在该MOSFET的栅极端施加负电压时，电荷载流子（如电子）将在介电层下方的 n 区域内被排斥并向下移动。因此，在通道内将发生电荷载流子耗尽。

　　因此，整体沟道电导率降低。在这种情况下，一旦在 GATE 端施加相同的电压，漏极电流就会减小。一旦负电压进一步增加，它就会达到夹断模式。

　　这里的漏极电流是通过改变沟道内电荷载流子的耗尽来控制的，所以这被称为耗尽型MOSFET。这里，漏极端子处于+ve电位，栅极端子处于-ve电位，源极处于“0”电位。因此，与源极与栅极相比，漏极与栅极之间的电压变化较高，因此与源极端相比，耗尽层宽度与漏极相比较高。

　　P沟道耗尽型MOSFET

　　在 P 沟道耗尽型MOSFET中，一小条 P 型半导体连接源极和漏极。源极和漏极为P型半导体，衬底为N型半导体。大多数电荷载流子是空穴。

　　p 沟道耗尽型MOSFET结构与 n 沟道耗尽型MOSFET完全相反。该MOSFET包括一个在源极和漏极区域之间制成的沟道，该沟道用p

型杂质重度掺杂。因此，在这个MOSFET中，使用了 n 型衬底，沟道为 p 型，如图所示。

　　

　　一旦我们在MOSFET的栅极端施加 +ve 电压，那么 p

型区域中的少数电荷载流子（如电子）将由于静电作用而被吸引并形成固定的负杂质离子。因此，将在通道内形成耗尽区，因此，通道的电导率会降低。这样，通过在栅极端施加+ve电压来控制漏极电流。

　　一旦我们在MOSFET的栅极端施加 +ve 电压，那么 p

型区域中的少数电荷载流子（如电子）将由于静电作用而被吸引并形成固定的负杂质离子。因此，将在通道内形成耗尽区，因此，通道的电导率会降低。这样，通过在栅极端施加+ve电压来控制漏极电流。

　　要激活这种耗尽型MOSFET，栅极电压必须为 0V，并且漏极电流值要大，以便晶体管处于有源区。因此，再次打开这个MOSFET，+ve

电压在源极端给出。因此，如果有足够的正电压并且在基极端子上没有施加电压，这个MOSFET将处于最大工作状态并具有高电流。

　　要停用 P 沟道耗尽型MOSFET，有两种方法可以切断偏置正电压，即为漏极供电，否则您可以向栅极端子施加 -ve 电压。一旦向栅极端子提供-ve

电压，电流将减小。随着栅极电压变得更负，电流减小直到截止，然后MOSFET将处于“关闭”状态。因此，这会阻止大的源极漏电流。

　　因此，一旦向该MOSFET的栅极端子提供了更多的 -ve 电压，那么该MOSFET将在源极 - 漏极端子上传导更少和更少的电流。一旦栅极电压达到某个

-ve 电压阈值，它就会关闭晶体管。因此，-ve 电压关闭晶体管。

　　N沟道耗尽型MOSFET的漏极特性

　　n 沟道耗尽型MOSFET的漏极特性如下所示。这些特性绘制在 VDS 和 IDSS 之间。当我们继续增加 VDS 值时，ID

将增加。达到一定电压后，漏极电流 ID 将变为常数。Vgs = 0 时的饱和电流值称为 IDSS。

　　每当施加的电压为负时，栅极端子处的该电压就会将电荷载流子（如电子）推向基板。而且这个 p

型衬底内的空穴也会被这些电子吸引。因此，由于这个电压，通道内的电子将与空穴重新结合。复合的速率将取决于施加的负电压。

　　

　　一旦我们增加这个负电压，复合率也会增加，这样就会减少。该通道内可用的电子数量，将有效地减少电流。

　　当我们观察上述特性时，可以看出当 VGS 值变得更负时，漏极电流会减小。在一定的电压下，这个负电压会变为零。该电压称为夹断电压。

　　这个MOSFET也适用于正电压，所以当我们在栅极端施加正电压时，电子将被吸引到 N

沟道。所以没有。该通道内的电子数量将增加。所以这个通道内的电流会增加。所以对于正的 Vgs 值，ID 会比 IDSS 还要大。

　　N沟道耗尽型MOSFET的传输特性

　　N 沟道耗尽型MOSFET的传输特性如下所示，与 JFET 类似。这些特性定义了固定 VDS 值的 ID 和 VGS 之间的主要关系。对于正的 VGS

值，我们也可以得到 ID 值。

　　因此，特性曲线将延伸到右侧。每当 VGS 值为正时，没有。通道内的电子数会增加。当 VGS 为正时，该区域为增强区域。类似地，当 VGS

为负时，该区域称为耗尽区。

　　

　　ID和Vgs的主要关系可以用ID = IDSS （1-VGS/VP）^2来表示。通过使用这个表达式，我们可以找到 Vgs 的 ID 值。

　　P沟道耗尽型MOSFET的漏极特性

　　P沟道耗尽型MOSFET的漏极特性如下所示。这里，VDS电压为负，Vgs电压为正。一旦我们继续增加 Vgs，Id（漏极电流）就会减小。在夹断电压下，该

Id（漏极电流）将变为零。一旦 VGS 为负值，则 ID 值甚至会高于 IDSS。

　　P沟道耗尽型MOSFET的传输特性

　　P 沟道耗尽型MOSFET的传输特性如下所示，它是 n 沟道耗尽型MOSFET传输特性的镜像。在这里我们可以观察到，从截止点到 IDSS，正 VGS

区域的漏极电流增强，然后随着负 VGS 值的增加，它继续增加。

　　

　　耗尽型MOSFET应用包括：

　　（1）在恒流源和线性稳压器电路中用作传输晶体管。

　　（2）广泛用于启动辅助电源电路。

　　（3）通常，这些MOSFET在没有施加电压时会打开，这意味着它们可以在正常条件下传导电流。因此，这在数字逻辑电路中用作负载电阻。

　　（4）用于 PWM IC 内的反激电路。

　　（5）用于电信交换机、固态继电器等。

　　（6）用于电压扫描电路、电流监控电路、LED阵列驱动电路等。