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1、-一、实验目的分析mos晶体管i-v特性分析二、实验要求了解结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线及主要参数三、实验内容1、MOS器件的结构介绍2、MOS的工作原理3、i-v特性曲线图1 原理图1特性曲线和电流方程 输出特性曲线与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止区和击穿区几部分。转移特性曲线转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和区(恒流区),此时iD几乎不随vDS而变化,即不同的vDS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用vDS大于某一数值(vDSvGS-VT)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.iD与vGS
2、的近似关系与结型场效应管相类似。在饱和区内,iD与vGS的近似关系式为 ( vGSVT ) 式中IDO是vGS=2VT时的漏极电流iD。2.参数MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同，只是增强型MOS管中不用夹断电压VP ，而用开启电压VT表征管子的特性。MOS管 1. 基本结构 原因：制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使vGS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压vDS，就有电流iD。如果加上正的vGS，
3、栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，iD增大。反之vGS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，iD减小。当vGS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，iD趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅源电压称为夹断电压，仍用VP表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断电压VP也为负值，但是，前者只能在vGS0，VPvGS0的情况下均能实现对iD的控制，而且仍能保持栅-源极间有很大的绝缘电阻,使栅极电流为零。这是耗尽型MOS管的一个重要特点。图(b)、(c)分别是N沟道和P沟道耗尽型MOS管的代表符号。电流方程：在饱和区内，耗尽
4、型MOS管的电流方程与结型场效应管的电流方程相同，即 4.3.4各种场效应管特性比较 1， MOS管导通特性导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。3，MOS开关管损失 MOS在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升
5、的过程，在这段时间内，MOS管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越快，损失也越大。导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。 ，NMOS进入饱和区，此时源漏电流与Vds无关，满足关系式，W为NMOS沟道宽度，L为沟道长度，为电子迁移率，为阈值电压。跨导为，饱和区的跨导随着Vgs的提高而增大，但由输出特性曲线可以看出在饱和区时，Ids随着Vds的增加有微弱的增加，这是因为有效沟道调制效应造成的结果。当时，向源端移动，即夹断点向源端移动，但夹断点的电压依然为，有效沟道长度减小，导致电阻减小，因此源漏电流才会有所增加，但在长沟道MOS器件并不显著，但在短沟道且比较突出。时，器件处于线性区，四、实验总结这次实验主要是通过cadence软件来分析mos晶体管的i-v特性，在实验中不断地进行测试仿真，得到符合理论的MOS晶体管i-v特性，进一步加深了对MOS晶体管的特性了解和熟悉了cadence软件，提高了动手能力和解决问题的能力，这次实验收获很大。第 9 页-