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场效应管导通条件

场效应管的导通条件取决于器件类型和工作模式,需明确区分 MOSFET 与JFET、增强型与耗尽型、N沟道与P沟道。以下是
场效应管的导通条件取决于器件类型和工作模式,需明确区分 MOSFET 与JFET、增强型与耗尽型、N沟道与P沟道。以下是系统性的导通判据:

一、MOSFET导通条件(最常用)

1.

导通条件:Vgs > Vth(栅源电压大于阈值电压,典型1V-3V)

Vds要求:Vds > 0(漏极电位高于源极,形成电子从源极流向漏极的电场)

物理过程:栅极正电压排斥P型衬底中的空穴,吸引电子形成N型反型层导电沟道

工程准则:实际驱动电压需 Vgs > Vth + 2V(如Vth=2V,则Vgs≥4V才能充分饱和),否则导通电阻剧增,器件工作在线性区过热损坏。

2.

导通条件:Vgs < Vth(Vth为负值,典型-1V至-3V)

Vds要求:Vds < 0(漏极电位低于源极)

物理过程:栅极负电压排斥N型衬底中的电子,吸引空穴形成P型导电沟道

工程准则:驱动电压需 Vgs < Vth - 2V(如Vth=-2V,则Vgs≤-4V)

3.

导通条件:Vgs = 0时天然导通(预置N型沟道),Vgs > Vp(夹断电压,为负值)时开始关断

典型应用:模拟开关、恒流源,需负电压控制

4.

导通条件:Vgs = 0时导通,Vgs < Vp(夹断电压,为正值)时关断

二、JFET导通条件(较少用)

1.

导通条件:Vgs = 0时导通(Idss),Vgs < Vp(夹断电压,为负值)时沟道变窄直至关断

Vds要求:Vds > 0

2.

导通条件:Vgs = 0时导通,Vgs > Vp(夹断电压,为正值)时关断

Vds要求:Vds < 0

三、导通条件的完整判据矩阵

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器件类型沟道类型导通条件关断条件载流子占市场比例增强型MOSN沟道Vgs > Vth (正)Vgs < Vth电子95%增强型MOSP沟道Vgs < Vth (负)Vgs > Vth空穴3%耗尽型MOSN沟道Vgs > Vp (负)Vgs < Vp电子1%耗尽型MOSP沟道Vgs < Vp (正)Vgs > Vp空穴<1%JFETN沟道Vgs > Vp (负)Vgs < Vp电子<1%

四、工程实践中的关键要点

1.

即使Vgs满足导通条件,若Vds=0,则无电流流过。导通后,Vds决定电流大小:

线性区:Vds较小,Id随Vds线性增长,MOS等效为可变电阻

饱和区:Vds > Vgs-Vth,Id基本恒定,MOS作为恒流源

2.

若Vgs仅略高于Vth(如Vth=2V,Vgs=2.5V):

RDS(on)剧增:从标称10mΩ恶化至100mΩ以上

发热严重:10A电流下功耗从1W增至10W,瞬间过热烧毁

开关速度下降:Qg充电不足,开关时间延长,交叉损耗剧增

3.

在高端驱动中,关断时施加 -2V至-5V 负偏压可:

加速关断:快速抽走栅极电荷

防止误导通:抑制dv/dt通过Cgd耦合抬升栅压

提升可靠性:确保Vgs远离阈值,避免噪声误触发

五、快速记忆口诀

增强型MOS:

N沟道:正压开,负压关(Vgs > Vth导通)

P沟道:负压开,正压关(Vgs < Vth导通)

耗尽型MOS/JFET:

零压就开,反向电压关(Vgs=0时导通,朝相反方向加压夹断)

一句话总结:对于最常见的增强型N沟道MOS,记住 "栅极比源极高2-4V,漏极比源极高0-几十伏" 即可实现可靠导通。实际设计中必须保证Vgs > Vth + 2V,同时确保散热和电压应力裕量,否则导通条件满足也可能因过热或过压而失效。