NMOS一共有三个工作区,其工作状态由 VGS 和 VDS 共同决定。判断流程如下:
1. 截止区
条件:VGS < Vth
物理状态:栅极电压不足以形成导电沟道。源极和漏极之间被背对背的PN结隔开,没有电流通道。
电流:IDS ≈ 0
等效电路:断开的开关。
应用:数字电路中的“关”态,逻辑0。用于切断电路。
2. 线性区
条件:VGS > Vth 且 VDS < (VGS - Vth)
物理状态:沟道已经形成,并且从源端到漏端都完整存在。VDS 的电场帮助电子从源极流向漏极。
电流特性:IDS 同时依赖于 VGS 和 VDS。可以将其想象为一个由 VGS 控制的可变电阻。
电流公式:IDS ≈ β * [ (VGS - Vth) * VDS - (1/2) * VDS² ]
当 VDS 非常小(远小于 VGS-Vth)时,公式可简化为 IDS ≈ β * (VGS - Vth) * VDS。此时,IDS 与 VDS 呈线性关系,故得名“线性区”。
等效电路:一个受 VGS 控制的电阻。
应用:用作模拟开关(传输门);在数字电路中,当晶体管作为开关导通时,最初也工作在此区域。
3. 饱和区
条件:VGS > Vth 且 VDS ≥ (VGS - Vth)
物理状态:当 VDS 增大到等于过驱动电压时,沟道在漏极一端被“夹断”。电子在到达夹断区时,会被强电场扫过耗尽区到达漏极。
电流特性:IDS 主要取决于 VGS,对 VDS 的变化不敏感。
电流公式:IDS ≈ (1/2) * β * (VGS - Vth)²
等效电路:一个电压控制的电流源。
应用:绝大多数模拟电路的核心工作区,如放大器、电流镜等,因为在这里晶体管可以提供稳定的、由电压控制的增益。
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