MOS管工作原理是什么？MOS管二级效应解读

在这篇文章中，小编将对MOS管的相关内容和情况加以介绍以帮助大家增进对MOS管的了解程度，和小编一起来阅读以下内容吧。

一、MOS管的工作原理

MOS管是根据PN结构发展而来的，但MOS管与PN结构之间有着本质的区别。MOS管是一种四极管结构的半导体器件，它由两个PN结构和一个中间的Metal Oxide Semiconductor结构组成。MOS管中的电荷是由Gate电压控制的。当Gate电压为0时，Channel中没有电荷流动。当Gate电压变高时，Channel中就会产生更多的电荷。这是由于Gate电场的存在，使得电荷沿着Channel方向移动。这种调节Channel电荷的方法称为电场效应。当Gate电压高到一定程度时，Channel中的电荷数量也会达到一个峰值。这时MOS管处于饱和状态，对Gate的进一步增加不会导致更多的电荷移动。在这种状态下，MOS管的输出电流随着Gate电压的变化而变化。当Gate电压降低时，Channel中的电荷也会减少。最终当Gate电压为0时，Channel中将不再有电荷流动，MOS管恢复到初始状态。

二、MOS管二级效应解读

1、体效应

在我们之前的分析中，我们都认为MOS管的衬底和源极相连, 即VBS=0。 但在很多情况下，源极和衬底的电位并不相同。

对 NMOS 管而言，衬底通常接电路的最低电位(GND)，有VBS < 0 ;

对 PMOS 管而言，衬底通常接电路的最高电位(VDD)，有VBS > 0 。

这时，MOS管的阈值电压将随其源极和衬底之间电位的不同而发生变化，这一效应称为“体效应”，又称为“背栅效应”。

从对 MOS 管工作原理的分析中我们知道，随着VGS的上升，衬底内部的电子向衬底表面运动，并在衬底表面产生了耗尽层。 当VGS上升到一定的电压——阈值电压时，栅极下的衬底表面发生反型，NMOS管在源漏之间开始导电。 阈值电压的大小和耗尽层的电荷量有关，耗尽层的电荷量越多，NMOS 管的开启就越困难，阈值电压就越高。 当VBS > 0时，栅极和衬底之间的电位差加大，耗尽层的厚度也变大，耗尽层内的电荷量增加，所以造成阈值电压变大。 在考虑体效应后，阈值电压Vth为：

其中Vth0为VBS=0时的阈值电压，r是体效应系数，VSB是源衬电势差。

体效应通常是我们不希望有的。 因为阈值电压的变化经常会使模拟电路的设计复杂化。

2、沟道长度调制效应

在对MOS管工作原理的分析中，我们知道，当栅和漏之间的电压差增大时，实际的反型沟道逐渐减小。 也就是说在式中，L'实际上是VDS的函数。 这一效应称为“沟道长度调制”在饱和区，我们可以得到：

如图所示，这种现象使得ID /VDS特性曲线在饱和区出现非零斜率，因而使得源和漏之间的电流源非理想。

需要注意的时，只当器件工作在饱和区时，需要考虑沟道长度调制效应。 在三极管区，不存在沟道长度调制效应。

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