MOS管常用参数值

QQ 917603226

一、 试验目的

1、 通过测量增强型、耗尽型MOS场效应管的ID、VGS、VD值的变化，绘制输出特性

曲线和转移特性曲线。

2、 加深了解MOS管的工作原理，为以后设计电路打下良好基础。 二、 MOS管的特性曲线 2.1输出特性曲线

图2-1 N沟道JFET伏安特性曲线 JFET的输出特性是描述ID随VDS变化的特性，即 ID＝f(VDS)|VGS=常数 …………..…………………. (2-1)

VGS取不同的常数可得输出特性曲线族如图2-1(b)所示。它分为四个区：Ⅰ区—可变电阻区；Ⅱ区—放大区(恒流区)；Ⅲ区—截止区；Ⅳ区—击穿区。

（Ⅰ）可变电阻区

可变电阻区是指VGD>VP的区域。它的特点是：当VGS在取值范围(0—VP)内保持一定值并且VDS较小时，ID与VDS是线性关系。不同VGS对应电阻RDS的值不同。 (Ⅱ)放大区(恒流区)

放大区为图2-1(b)的Ⅱ区，放大区各条输出特性曲线接*直但稍微斜升。在这个区域内，VGD截止区：截止区即ID＝0的水平坐标轴。此时VGS〈VP沟道全夹断，ID=0。

击穿区：当VDS不断增加，使靠近漏端处的PN结反向击穿。此时ID中出现突然增大的反向击穿电流。

2.2转移特性曲线

转移特性曲线是描述JFET工作在放大区，并保持VDS为常数时，VGS与ID的关系曲线，即

ID＝f(VGS)| VDS=常数……………………………..(2-2)

JFET的输出特性和转移特性不是相互独立的。在输出特性上用作图法可直接求得转移特性。具体的做法是：令VDS＝常数做一垂线，读出垂线上不同VGS对应的ID，据此绘出的ID－VGS关系曲线就是在VDS恒定时的对应的转移特性曲线，如图2-1所示。 2.3增强型MOS管特性曲线

根据P沟道增强型MOSFET的工作原理，在不同的VGS值下可得如图2-1(b)所示的ID在VGS和VDS同时作用下的一族输出特性曲线。预夹断轨迹如图中虚线曲线所示，对应的预夹断方程为：

VDS＝VGS—VT……………………………………………(2-3) 将式(2-3)与JFET的预夹断方程(2-1)比较，只是VT取代了VP。

P沟道增强型MOSFET的输出持性曲线也可分成四个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。将预夹断方程中的等号改为大于号，进入放大区；将等号改为小于号，进入可变电阻区。在导电沟道形成后，增强型MOSFET的ID随VDS和VGS变化的规律与JFET相同，各工作区特性的描述可参见JFET的对应部分。

2.4转移特性曲线

增强型MOSFET的转移特性曲线，同样是在放大区，取VDS为不同的定值时,ID随VGS变化的曲线。转移特性曲线如图2-2所示。该曲线可以直接在电路上测量获得，也可以在输出特性曲线的放大区作垂线，得到ID与VGS的一组对应值，再描出曲线。从转移特性上看出，这种场效应管具有VGS对ID的控制能力。

ID VT 0

VGS

-ID VGS -6V -5V-4V-VDS

图2-2 P沟道增强型MOSFET的特性曲线 2.5 耗尽型MOS管的特性曲线

N沟道耗尽型MOSFET的特性曲线如图2-3所示。其中图（a）为转移特性曲线，图（b）为输出特性曲线。由它的转移特性曲线可以看出，与N沟道JFET的不同：这种管子的VGS可为正值也可为负值。输出特性曲线也分为四个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。预夹断方程与JFET相同。各个工作区的特性分析可参照N沟道JFET的对应部分。

图2-3 N沟道耗尽型MOSFET的特性曲线

三、MOS管性能指标的测试

场效应管的直流参数是衡量场效应管性能好坏的很重要的标准，包括阈值电压即开启电压VT（增强型MOS管）或夹断电压VP（耗尽型MOS管或JFET），饱和漏电流IDSS，跨导gm。

3.1夹断电压VP：

对于耗尽型的MOS管或JFET，随着栅极和沟道之间反向电压的不断增大，耗尽区在沟道中所占据的空间也愈来愈大，因而S与D之间流动的电流减小。极限情况时，反向电压能使电流完全中断；此时，场效应管已经夹断，引起夹断所需的VGS电压被称为夹断电压，用VP来表示。我们通常规定VDS恒定时，使漏极电流ID=0的VGS就为夹断电压。

3.2开启电压VT：

对于增强型的MOS管，只有将VGS达到一定值时衬底中的空穴（N沟道）或电子（P沟道）全部被排斥和耗尽，而自由电子（N沟道）或自由空穴（P沟道）大量的被吸收到表面层，使表面变成了自由电子（N沟道）或自由空穴（P沟道）为多子的反型层，反型层将D和S相连通，构成了源漏之间的导电沟道，把开始形成导电沟道所需的VGS值称为开启电压或VT。测量的方法和夹断电压一样。 3.3饱和漏电流IDSS

由于增强型的MOS管IDSS几乎为零，所以测量这个参数没有实际的意义。对于JFET和耗尽型MOS管，或多或少的处于自然夹断，即栅极-源极短路，并且夹断电压仅由内部的沿沟道流动的ID而产生，此电流称为IDSS。IDSS是场效应管工作于共源极组态，而栅极-源极短路时所测的ID值。为了保证电流饱和，测试IDSS值时所规定的VDS值应较VP大得多。即在恒流区VGS=0时的ID值。通常规定VGS=0，VDS=12V时的ID为饱和漏电流。 3.4跨导gm

跨导是指在VDS恒定时，ID的微变量与引起这个变化VGS的的微变量之比，如下式：

gm=

ID的变化量

VGS的变化量

Vos=常数

跨导相当于转移特性上工作点处切线的斜率，单位是西门子（S）常用mS表示。gm的值一般为（0.1-10）mS。gm不是一个恒量，它与Id的大小有关，gm可按其定义从转移特性曲线上求出。 四、测试内容 4.1开启电压VT

下面以P沟道增强型的MOS管BS250为例来加以说明。由于是在VDS恒定的情况下，调节VGS使得ID=0。对于P沟道MOS管，在漏源之间应加12V的负电源。由于要求ID趋近于零，故选择量程为毫安量级或以下的电流表均可。由于要测量VGS，且VT电压值不大，在栅源之间要加一个负的6V量程可调电源和一个量程为30V的电压表。综合以上考虑可以得到如下测量电路图4-1。

图4-1 BS250开启电压测量电路图

则可得出当VDS=12V时，调节VGS使得毫安表趋于零时的VGS即为开启电压VT。对于不同的BS250略有不同，可以衡量MOS管的好坏。 4.2夹断电压VP

对于夹断电压，它的含义和开启电压相同。不同的是它适合的是耗尽型的MOS管或JFET。下面以N沟道耗尽型的MOS管3DJ7为例来加以说明。对于3DJ7，同样在漏源间加12V的电压，实验电路图如图4-2所示。

则可以得出，当VDS=12V时，调节VGS，使得毫安表趋近于零时的VGS即为夹断电压VP。对于不同的3DJ7略有不同，也可以衡量一个MOS管的好坏。

图4-2 3DJ7夹断电压测量电路图

4.3饱和漏电流 IDSS

饱和漏电流的含义是当VDS为恒定值远大于VP，当VGS=0时的ID。对于增强型的MOS管，在VGS>0的情况下才开始工作，即当VGS=0时没有ID，故这个参数没有意义。因此，只对耗尽型的MOS管进行考虑，此处仍以N沟道耗尽型的MOS管3DJ7为例，且使得栅源之间短路，观察ID。该电流为毫安级，实验电路图如图4-3所示。

图4-3 3DJ7饱和漏电流测量电路图

由于当栅源短路，VDS=12V，饱和漏电流ID=IDSS=3.6mA。

4.4特性曲线

特性曲线包括转移特性曲线和输出特性曲线。两种特性曲线均能直观地反映ID随VGS和VDS的变化，使我们更加深刻的了解MOS管的特性。并且，这两种特性曲线还可以互相转化。

(1)先介绍转移特性曲线的测量，由定义来说，转移特性曲线是在VDS不变的情况下，观察ID随VGS变化的一个曲线。在此我们对于N沟道耗尽型MOS管3DJ7和P沟道增强型MOS管BS250分别介绍。

对于3DJ7，取VDS=12V，则观察ID随VGS的变化，由于ID很小，故取毫安级以下毫安表即可。栅源电压需要进行调节且其值不大，故选择6V量程的可调电源。实验电路图如图4-4所示。

图4-4 3DJ7特性测量电路图

对于BS250，定义是相同的，取VDS=12V，仍然是观察ID随VGS的变化，由于ID是毫安量级，仍取毫安表即可。而VGS需要进行调节且其值不大，故选择6V量程的可调电源。

栅源两端并联的电压表选择30V量程电压表。实验电路图如图4-5所示。

图4-5 BS250特性曲线测量电路图

由以上两组数据，可以描绘出转移特性曲线。前面已经提到，不再描绘。由这些数据可以看出，当在VDS不变的情况下，VGS对ID的控制作用。即可看出MOS管与晶体管的最重要的区别：晶体管是电流控制元件，晶体管是通过小电流(IB)控制大电流(IC)，即体现的是电流的放大。而MOS管是电压控制元件，它是利用VGS来控制ID。因为这点，使MOS管在很多方面优于晶体管，使MOS管得到更广泛的应用。

（2）输出特性曲线，由定义来说，输出特性曲线是在VGS不变的情况下，观察ID随VDS变化的曲线。同样对N沟道耗尽型的MOS管3DJ7和P沟道增强型的MOS管BS250进行分析。由于在这种情况下，随着VDS的增大，将会看到ID开始一段随着VDS的增加将会线性的增加，直到VDS达到VT（增强型MOS管）或VP（耗尽型的MOS管）。在这之后VDS增加但ID基本不再变化。当VDS继续增加，到达击穿电压时，ID突然增加，进入击穿状态，此时，如控制的不够及时，MOS管会在很短的时间烧毁。因此，只进行到ID达到饱和即恒定时的测量。

转移特性：

对于3DJ7，VDS=12V

(V) -3 -2 -1.5 -1 0 VGS ID (mA) 图4-1

对于BS250，VDS=-12V

(V) -2 -2.4 -2.8 -3 -3.2 VGS ID（mA)

图4-2

输出特性： 对于3DJ7，VGS=-2V

(V) 2 3 4 5 6 VDS ID (mA) 图4-3

对于BS250，VGS=-2.5V

(V) -1 -3 -6 -9 -12 VDS ID (mA) 图4-4

如果画图不够精细，可以适当增加电压和电流值的个数。