MOS管i-v特性

模拟IC设计知识分享(1)最近刚好要考AAIC了，于是就想着怎么把考试的知识点总结起来分成章节。

本来想画成思维导图，但一是很多公式很多图，二是知识点间相互都有联系，也着实不太好具象化。

模拟电路就是折中的艺术，硬要画成放射状也是有点难为我了。

不如就写成文章，不仅能帮助我learning by teaching，说不定也能造福点后人。

MOS管作为模拟IC的基础组成部分，掌握MOS的各项特性是重中之重。

但由于MOS管其实是一个特性非常复杂，且无法用一个简单模型做出概括的非线性器件，我们也有必要对其进行一定的简化。

我们首先介绍MOS的基本结构和简化模型。

一、MOS管三维结构MOS管符号[1]典型的NMOS拥有四个端口，分别是栅极(gate)，源极(source)，漏极(drain)和衬底(body/bulk)。

MOS管是一种将电压转化为电流的器件，可以简单理解为一个压控电流源，以栅极和源极间的电压控制流过漏极和源极的电流。

根据各个端口间电压的不同，MOS管还可以分为三个工作区域，分别为截止区(cut-off region)，线性区/三极管区(triode region)和饱和区(saturation region)。

我们可能已经了解MOS管可以用作开关，也可以对信号进行放大。

当MOS管用作开关时，它就工作在线性区；而当用作放大器时，它需要工作在饱和区。

在进一步分析每个工作区域的特性和条件之前，我们首先把这个抽象模型和实际世界的MOS管这一半导体器件对应起来。

NMOS管三维结构[2]上图所示是一个NMOS的结构图。

器件制作在p型衬底(substrate)上，两个n离子掺杂区形成源极和漏极，并通过金属引出。

早期MOS管的栅极由金属层制成(如图，这也是MOSFET名字中第一个M-Metal的由来)，但现今大部分的MOS 管采用多晶硅(poly)来制作栅极，而名字却没有随之修改。

当然多晶硅和金属制作栅极各有利弊，还请详见半导体物理一书。

1Cmos 模拟电路基础(一)写这个文章的目的是为了这段时间的学习作个笔记，同时激励自己继续下去。

1，NMOS管的V-I特性非饱和区的I-V特性。

( 0 < Vds < Vgs – Vtn )Vd = u E其中，u为电子迁移率，E=V/l, 为导体内的场强。

Ids = 0.5*K*(W/L)*[2*(Vgs – Vtn)*Vds – Vds*exp2]其中，K为器件的跨导系数，K= u*Cox = （u*ε0*εox）/ tox用βn表示器件的增益系数，βn = K* （W/L）饱和区的I-V特性。

( 0 < Vgs - Vtn < Vds )随着Vds的增大，沟道漏端的导电层会减薄，当Vds = Vgs – Vtn时，它被夹断。

当Vds继续增大，夹断点向源端移动。

此时，沟道两端电压保持为（Vgs – Vtn），而Vds的增加部分落在夹断耗尽区内，Ids几乎不变。

如果夹断耗尽区的长度远小于L，忽略沟道长度的缩短，用Vgs – Vtn = Vds 带入得到饱和区的电流表达式为Ids = 0.5*K*(W/L)*[(Vgs – Vtn)*exp2]但是，当考虑沟道长度调制效应时，Ids = 0.5*K*(W/L)*[(Vgs – Vtn)*exp2]*（1+λ*Vds）试验证明，λ是沟道长度的线性函数。

截止区（Vgs – Vtn < = 0）Ids = 0.PMOS管的V-I特性，它的偏压与极性与NMOS相反。

但是，由于电子的迁移率与空穴的迁移率不等，前者是后者的2~3倍，因此，Kn= （2.0~3.0）Kp2，MOS管的小信号模型输入信号的幅度一般与电源电压相比很小，它在直流偏置工作点附近变化，可以近似认为器件工作在线性区间。

大信号可以确定器件的直流工作点，小信号可以用来设计器件和电路的性能。

对于在饱和区工作的mos，gm = K*(W/L)*(Vgs – Vtn)*（1+λ*Vds）其中，gm 是栅跨导gds = 1/rds = ( Ids *λ)/(1+λ*Vds ) =λIds其中，rds 是mos管的输出电阻。

MOS管基极电压详解一、MOS管的基本概念MOS管，即金属-氧化物-半导体场效应晶体管，是半导体器件中的一种重要类型。

其基本结构包括金属、氧化物和半导体三个部分。

在MOS管中，基极电压通过控制半导体中的电荷分布，进而控制电流的流动。

二、MOS管的基极电压基极电压是MOS管中一个非常重要的参数，它直接影响到MOS管的开关速度、驱动能力、功耗以及稳定性等性能。

适当的基极电压可以保证MOS管的正常工作，提高系统的效率和稳定性。

三、MOS管的伏安特性伏安特性是指电流和电压之间的关系。

在MOS管中，伏安特性表现为非线性关系。

当基极电压增加时，漏极电流也会增加。

这种特性使得MOS管具有高输入阻抗和低输出阻抗的优点。

四、MOS管的工作原理MOS管的工作原理是基于半导体中的电荷分布受电场控制而改变的原理。

当基极电压施加到半导体上时，会在半导体中产生一个电场，这个电场会改变电荷的分布。

当基极电压改变时，电场也会改变，从而改变电荷的分布，进而改变电流的流动。

五、MOS管的开关特性MOS管具有高速开关特性，可以在非常短的时间内完成开关动作。

当基极电压改变时，MOS管可以迅速地开启或关闭，从而实现高速开关动作。

这种特性使得MOS管在许多电子设备中得到广泛应用。

六、MOS管的热稳定性热稳定性是指电子设备在高温条件下保持正常工作的能力。

在MOS管中，热稳定性取决于其制造工艺和材料选择。

高质量的制造工艺和材料选择可以保证MOS管在高温条件下保持稳定的工作状态。

七、MOS管的可靠性可靠性是指电子设备在长时间使用过程中保持正常工作的能力。

在MOS管中，可靠性取决于其制造工艺和材料选择以及使用环境。

高质量的制造工艺和材料选择可以保证MOS管的可靠性。

同时，正确的使用和维护也可以提高MOS管的可靠性。

八、MOS管的制造工艺制造工艺是指制造电子设备所采用的技术和方法。

在MOS管的制造过程中，需要采用先进的制造工艺和技术以确保其质量和性能。

mos管特性曲线MOS管特性曲线是以晶体管（MOS）为研究对象的一类特性曲线，是电子设计工程师在进行电子产品设计时必须熟悉的基本概念。

MOS管特性曲线是基于MOS管的特性进行曲线拟合，其中包括输入端与输出端特性曲线、电源抑制特性曲线、信号耗散特性曲线，噪声特性曲线等。

MOS管是一种特殊的晶体管，它比其他晶体管具有更佳的电气特性，它的特点是在双极性输入情况下，被控制的输出电流的流量大小取决于输入电压。

因此，MOS管又可以称为“电压控制电流”管型。

MOS管特性曲线是用来反映MOS管特性变化规律，它以曲线形式表示MOS管电路中各参数之间的关系。

它可以帮助工程师更好地了解MOS管的特性，从而能够更好地发挥MOS管的性能。

MOS管特性曲线主要分为输入端特性曲线、输出端特性曲线和信号耗散特性曲线三种。

输入端特性曲线是指MOS管的输入端特性变化的曲线图。

通常情况下，MOS管的输入端电压处于正偏移和负偏移之间，V1和V2分别代表正偏移电压和负偏移电压。

输入端特性曲线的特点是：在正偏移电压V1下，随着输入电压Vin的增大，输出电流Iout减小；当输入电压Vin=V1时，输出电流Iout达到最大值；在负偏移电压V2下，随着输入电压Vin的增大，输出电流Iout增大。

输出端特性曲线表示MOS管的输出端特性变化的曲线图。

在输出端特性曲线中，输出电压Vout变化范围由VddVss决定。

在介于Vdd 和Vss之间，输出电压Vout是随着输入电压Vin的变化而变化的。

如果输入电压Vin越低，输出电压Vout越高；反之，输入电压Vin越高，输出电压Vout越低。

信号耗散特性曲线是MOS管输出电压Vout随电源电压Vdd变化的曲线图。

这里，输出电压Vout会随电源电压Vdd而变化，其特点为Vout减小而Vdd增大。

信号耗散特性曲线中，电源电压Vdd通常取值范围从正偏移电压V1到负偏移电压V2，输出电压Vout的变化范围则随Vdd的变化而变化。

mos管的二极管等效电路建立mos管的二极管等效电路时，我们需要了解mos管的基本原理以及它与普通二极管之间的区别。

本文将详细介绍mos管的工作原理、mos 管与二极管的差异、mos管的等效电路以及如何建立mos管的二极管等效电路。

首先，我们将介绍mos管的工作原理。

MOS场效应管（MOSFET）是一种三端器件，它由门极（G）和源极（S）以及漏极（D）组成。

控制电压通过在栅极上施加，而电流在漏极和源极之间流动。

MOS管的基本工作原理包括栅极电压控制漏极源极电流、漏极源极电压控制漏极电流以及漏极电流被源极电流控制。

与普通二极管相比，mos管有着显著的不同之处。

首先，mos管是一种双极性器件，可以同时用作n沟道和p沟道。

其次，mos管的主要控制信号是栅极电压，而不是二极管中的偏置电流。

此外，mos管的导通和截止电压范围更广，其可以控制的电流也更大。

因此，我们必须采取不同的方法来建立mos管的二极管等效电路。

建立mos管的二极管等效电路的第一步是确定mos管的漏极源极电压与漏极电流之间的关系。

为此，我们可以通过制作一个输入输出特性曲线（也称为I-V特性曲线）来验证这一点。

通过不同的栅极电压和不同的漏极源极电压，我们可以获得不同的漏极电流值。

通过对这些值进行分析，我们可以找到漏极源极电流与漏极电流之间的关系。

第二步是找到mos管的驱动条件和关键参数。

这些参数包括漏极电流的初始值、工作电压范围以及栅极电压的变化范围。

通过确定这些参数，我们可以为二极管等效电路提供基本的输入和输出条件。

第三步是建立mos管的二极管等效电路。

mos管的等效电路通常包括一个二极管连接到源极和漏极之间，栅极以及其他电源或负载。

在此等效电路中，漏极电流由二极管的伏安特性决定，而栅极电压由外部电路提供。

通过调整栅极电压和其他控制参数，我们可以模拟mos管的行为。

最后是验证mos管的二极管等效电路的正确性。

这可以通过比较等效电路的输出与实际mos管的输出来实现。

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i D几乎不随v DS而变化,即不同的v DS所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用v DS大于某一数值(v DS＞v GS-V T)后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.i D与v GS的近似关系与结型场效应管相类似。

在饱和区内,i D与v GS的近似关系式为( v GS＞V T )式中I DO是v GS=2V T时的漏极电流i D。

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V P，而用开启电压V T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v GS=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v DS，就有电流i D。

如果加上正的v GS，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，i D增大。

反之v GS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，i D减小。

当v GS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，i D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V P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V P也为负值，但是，前者只能在v GS<0的情况下工作。

MOS管i-v特性⼀、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i D ⼏乎不随v DS ⽽变化,即不同的v DS 所对应的转移特性曲线⼏乎是重合的,所以可⽤v DS ⼤于某⼀数值(v DS ＞v GS -V T )后的⼀条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线.i D 与v GS 的近似关系与结型场效应管相类似。

在饱和区内,i D 与v GS 的近似关系式为( vGS ＞V T )式中I DO 是v GS =2V T 时的漏极电流i D 。

2.参数2GS DOD)1(-=TV v I iMOS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V P，⽽⽤开启电压V T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v GS=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v DS，就有电流i D。

如果加上正的v GS，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，i D增⼤。

反之v GS为负时，沟道中感应的电⼦减少，沟道变窄，沟道电阻变⼤，i D减⼩。

当v GS负向增加到某⼀数值时，导电沟道消失，i D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V P表⽰。

MOS管的电压关系1. 介绍MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常用的半导体器件，广泛应用于电子电路中。

了解MOS管的电压关系对于设计和分析电路至关重要。

本文将深入探讨MOS管的电压关系。

2. MOS管的结构MOS管由三个主要部分组成：栅极（Gate）、漏极（Drain）和源极（Source）。

栅极与漏极、源极之间通过绝缘层（通常是氧化硅）隔离。

3. MOS管的工作原理MOS管的工作原理是基于栅极电压对漏极和源极之间的电流控制。

当栅极电压变化时，会改变绝缘层下面的电荷分布，从而影响漏极和源极之间的电流。

4. MOS管的电压参数MOS管的电压参数包括栅极电压（Vgs）、漏极电压（Vds）和源极电压（Vss）。

这些电压参数在MOS管的工作中扮演着重要的角色。

4.1 栅极电压（Vgs）栅极电压是指栅极与源极之间的电压差。

它决定了绝缘层下面的电荷分布，从而控制漏极和源极之间的电流。

当栅极电压为正时，MOS管处于导通状态；当栅极电压为负时，MOS管处于截止状态。

4.2 漏极电压（Vds）漏极电压是指漏极与源极之间的电压差。

它决定了MOS管中的电场分布和漏极电流的大小。

当漏极电压小于栅极电压时，MOS管处于饱和区，此时漏极电流基本保持不变；当漏极电压大于栅极电压时，MOS管处于线性区，此时漏极电流随漏极电压的增大而线性增加。

4.3 源极电压（Vss）源极电压是指源极与地之间的电压差。

它对MOS管的工作没有直接影响，但在分析和设计电路时需要考虑。

5. MOS管的电压关系MOS管的电压关系可以通过绘制电流-电压（I-V）特性曲线来描述。

下面将分别讨论栅极电压、漏极电压和源极电压对MOS管的影响。

5.1 栅极电压对MOS管的影响栅极电压的变化会改变绝缘层下面的电荷分布，从而影响漏极和源极之间的电流。

当栅极电压为正时，电流增大；当栅极电压为负时，电流减小。

双向可控mos管摘要：I.简介- 双向可控mos管的定义- 作用II.结构和工作原理- 结构- 工作原理III.特性- 电压控制- 电流控制- 输入阻抗- 输出阻抗IV.应用领域- 电子设备- 通信设备- 计算机V.发展趋势- 技术进步- 市场需求- 未来展望正文：I.简介双向可控mos管，是一种半导体器件，具有双向导通特性，可以控制电路中的电流流动方向。

它广泛应用于各种电子设备、通信设备和计算机等领域。

II.结构和工作原理双向可控mos管主要由源极、漏极和栅极三个端口组成。

当栅极施加正向电压时，源极和漏极之间的电阻变小，从而形成导通状态；当栅极施加反向电压时，源极和漏极之间的电阻变大，从而形成截止状态。

III.特性双向可控mos管具有以下特性：- 电压控制：栅极电压可以控制双向可控mos管的导通和截止，具有较好的可控性。

- 电流控制：源极和漏极之间的电流可以控制双向可控mos管的导通程度，具有较高的电流控制精度。

- 输入阻抗：双向可控mos管的输入阻抗较高，可以减小电路中的信号干扰。

- 输出阻抗：双向可控mos管的输出阻抗较低，可以提高电路的驱动能力。

IV.应用领域双向可控mos管广泛应用于以下领域：- 电子设备：如电源、放大器、开关等。

- 通信设备：如信号放大器、功率放大器、开关电源等。

- 计算机：如显卡、主板、电源等。

V.发展趋势随着科技的进步和市场需求的不断提高，双向可控mos管的发展趋势如下：- 技术进步：随着制造工艺的不断发展，双向可控mos管的性能将不断提高，尺寸将不断缩小。

- 市场需求：随着新能源、物联网、人工智能等领域的快速发展，对双向可控mos管的需求将不断增加。