NMOS基础以及三个工作状态详解
NMOS基础以及三个工作状态详解
NMOS管是电子工程中常见的基础元器件之一，其工作原理和特性对于理解更复杂的电路系统至关重要。本文将从NMOS管的标识开始，逐步深入讲解其三个主要工作状态：截止区、可变电阻区（线性区）和恒流区（饱和区）。
引言
在学习MOS管时，很多人可能会被N管、P管、增强型、耗尽型等概念搞得一头雾水。每个管子的标识不同，每次遇到都要花时间分辨是什么类型的管子，方向应该如何连接。其实，这些问题的根本原因是对各个管子的工作原理不够清晰，单纯靠死记硬背很难真正掌握。接下来，我们就详细讲解这些问题背后的原理，希望能帮助大家更好地理解。
我们以最常见的增强型NMOS管为例进行说明。
NMOS标识
NMOS管的简易结构图如下：
NMOS管的标识如下：
- NMOS中G极与D极、S极、还有衬底为直接相连，所以G极为左侧单独的；
- G极右侧三条短线分别代表D极、衬底还有S极，其中衬底与S极直接相连，所以二者在标识中是连接在一起的；
- NMOS工作时会将衬底中的电子吸引到靠近G极的一侧，与D极、S极共同构成N沟道，因此，NMOS标识中衬底的箭头指向G极，NMOS即N沟道MOS管；
- S极与D极中多子为带有负电荷的电子，衬底中多子为带有正电荷的空穴，衬底与D极之间的PN会形成PN结，而衬底与S极时连在一起的，所以NMOS的体二极管由S极（衬底）指向D极；
NMOS工作原理
- 0<Vgs<Vgs(th)时，衬底中的电子被吸收靠近G极的一端，构成PN结，此时只有PN结形成，N沟道并未形成；此时处于截止区；
Vgs＞Vgs(th)，Vds=0时，衬底中的电子被吸收靠近G极的一端，跨过PN结，将S极与D极连接起来，形成N沟道；（此时N沟道虽然形成，但是D极与S极之间无电压，也就没有电流流过，Id=0） 此时处于截止区和可变电阻区（也称线性区）的临界点；
Vgs＞Vgs(th)，Vds<Vgs-Vgs(th)（即Vgd>Vgs(th)）时，N沟道形成且没有被夹断，Vds与N沟道构成一个回路；N沟道的阻抗由Vgs来决定，通过调节Vgs的大小可以调节N沟道的阻值，Vgs越大，阻值越小；当阻值确定时，流过N沟道的电流Id随着Vds的变化而变化；此时处于可变电阻区（线性区）；
Vgs＞Vgs(th)，Vds=Vgs-Vgs(th)（即Vgd=Vgs(th)）时，N沟道形成，且处于被夹断的临界；此时处于可变电阻区（线性区）和恒流区（饱和区）的临界点（预夹断点）；
Vgs＞Vgs(th)，Vds>Vgs-Vgs(th)（即Vgd<Vgs(th)）时，N沟道形成，但是被夹断；N沟道的阻抗依然由Vgs来决定，通过调节Vgs的大小可以调节N沟道的阻值；当阻值确定时，由于N沟道被夹断，流过N沟道的电流是一定的，不会随Vds的变化而变化；此时处于恒流区（饱和区）；