大家好，我是硬件微講堂。這是我的第43篇原創(chuàng)文章。為避免錯(cuò)過(guò)干貨內(nèi)容，一定記得點(diǎn)贊、收藏、分享喲。加微信hardware_lecture進(jìn)群溝通交流。

前面花了10篇聊三極管，現(xiàn)在我們開(kāi)始聊MOS管。關(guān)于MOS管的文章，例如MOS管的參數(shù)解析等，網(wǎng)上很多，這里就不寫(xiě)了，我們還是針對(duì)具體問(wèn)題具體分析。在問(wèn)題求證過(guò)程中，查漏補(bǔ)缺。

1、一道問(wèn)題

關(guān)于MOS管的Rdson的解釋?zhuān)W(wǎng)上搜出來(lái)的內(nèi)容都差不多，比如：①在特定Vgs 、結(jié)溫及Id條件下， MOS管導(dǎo)通時(shí)d-s間最大阻抗；②MOS管導(dǎo)通時(shí)，漏極D和源極S之間的電阻值。上面的說(shuō)法都對(duì)，但是我感覺(jué)這種描述還不夠具體。

我問(wèn)一個(gè)問(wèn)題： 我們都知道MOS管分可變電阻區(qū)、恒流區(qū)（飽和區(qū)）、截止區(qū)。Rdson電阻是對(duì)應(yīng)MOS管的哪個(gè)工作區(qū)？A：可變電阻區(qū)；B：恒流區(qū)；C：截止區(qū)這道選擇題，你會(huì)選哪個(gè)？

關(guān)注這個(gè)號(hào)的人，大都已經(jīng)不是學(xué)生了，做題不能再全靠蒙，要負(fù)責(zé)任，最好能說(shuō)出你的理由。C應(yīng)該最先排除，我想這個(gè)應(yīng)該沒(méi)有疑問(wèn)，關(guān)鍵點(diǎn)就在于是選A還是選B。

2、只有Vgs時(shí)

要想弄清楚這個(gè)問(wèn)題，我們需要先搞清楚MOS管內(nèi)部的工作機(jī)理。下圖是N溝道增強(qiáng)型的MOS管內(nèi)部構(gòu)造，具體我就不展開(kāi)介紹了。

當(dāng)d-s短路（暫時(shí)不加入電壓），只在g-s兩端加入電壓Vgs。當(dāng)Vgs增大到一定值（Vth），此時(shí)柵極附近的P型襯底中的空穴被向下排斥，襯底中的少子（電子）被向上吸引，進(jìn)而形成反型層，產(chǎn)生N型導(dǎo)電溝道。

在這個(gè)過(guò)程中，Vgs加大，導(dǎo)電溝道寬度增加；Vgs減小，溝道寬度就減小。由此可見(jiàn)，g-s間的電壓Vgs對(duì)導(dǎo)電溝通到寬度有控制作用。而這個(gè)導(dǎo)電溝道就表現(xiàn)為一個(gè)電阻特性：Vgs變化，電阻變化；Vgs不變，電阻不變。如果此時(shí)在d-s稍微加一點(diǎn)電壓Vds，則會(huì)有Id出現(xiàn)。

3、Vgs和Vds同時(shí)存在時(shí)

在Vgs>Vth且保持不變的條件下，如下圖所示，在d-s間增加一個(gè)小的Vds電壓。

Vds的存在，使得Vgd存在電壓。Vgd=Vgs+Vsd=Vgs-Vds>=Vth，即Vds<=Vgs-Vth時(shí)，導(dǎo)電溝道會(huì)一直存在，但由于Vgs和Vgd不相等，準(zhǔn)確地說(shuō)是Vgs>Vgd，溝道兩端會(huì)形成電位梯度進(jìn)而導(dǎo)致溝道寬度不均勻，靠近源極的一側(cè)寬度大，靠近漏極一側(cè)寬度小，呈梯形結(jié)構(gòu)。

如果Vds繼續(xù)增大，使得Vgd=Vgs-Vds進(jìn)一步減小，當(dāng)Vgd=Vth，即Vds=Vgs-Vth，如下圖所示，即進(jìn)入預(yù)夾斷狀態(tài)。在此之前，MOS管是處于可變電阻區(qū)。

在可變電阻區(qū)內(nèi)，Vds增大，Id也增大，它們是呈比例增加，這個(gè)比例關(guān)系就是電阻Rds。而這個(gè)Rds只受Vgs控制。

如果Vds繼續(xù)增大，使得Vgd=Vgs-Vds進(jìn)一步減小，當(dāng)Vgd<Vth，即Vds=Vgs-Vth，如下圖所示，即進(jìn)入恒流狀態(tài)，飽和區(qū)。注意此時(shí)溝道并沒(méi)有被真的夾斷，只是夾斷縫隙變長(zhǎng)，依然有電流Id存在。Vds增加的部分主要用于克服溝道的電阻，Id幾乎不變，Id幾乎僅僅取決于Vgs。

4、從溝道狀態(tài)解析

解釋完Vgs和Vds分別對(duì)MOS管的作用，以及從可變電阻區(qū)到恒流區(qū)的過(guò)程，再回到文章開(kāi)頭的問(wèn)題：Rdson電阻對(duì)應(yīng)是MOS管的哪個(gè)區(qū)？

（1）處于可變電阻區(qū)時(shí)，導(dǎo)電溝通是暢通的，此時(shí)的Id和Vds是呈線性比例關(guān)系。在同一個(gè)Vgs條件下，比例關(guān)系固定；（2）處于恒流區(qū)時(shí)，導(dǎo)電溝道是部分夾斷狀態(tài)，此時(shí)的Id不隨Vds增加而變化，幾乎僅取決于Vgs。

前面在解釋Rsdon時(shí)，提到MOS管導(dǎo)通，因此此時(shí)應(yīng)該選擇導(dǎo)電溝通暢通的情況，因此應(yīng)是處于可變電阻區(qū)。

5、從阻抗量級(jí)解析

如果只是單純從導(dǎo)電溝通的狀態(tài)上解析，還不夠充分。那么咱們?cè)購(gòu)腞dson阻抗量級(jí)來(lái)做具體分析。

以Nexperia的PMPB14R8XN為例，具體看一下MOS管的Id和Vds的輸出特性曲線，如上圖所示，注意X軸是電壓Vds，Y軸是電流Id。

（1）處于可變電阻區(qū)，曲線斜率k非常大，取倒數(shù)，就是電阻Rds非常小；

（2）處于恒流區(qū)，曲線斜率k非常小，取倒數(shù)，就是電阻Rds非常大。

在恒流區(qū)，Rds很大，也很容易理解，因?yàn)閷?dǎo)電溝道已經(jīng)部分夾斷，夾斷縫隙很長(zhǎng)，必然造成阻抗變大。相反，在變阻區(qū)，導(dǎo)電溝通暢通，Rds自然很小。

所以，通常我們看到MOS管的Rdson在mΩ級(jí)別，如下圖所示，PMPB14R8XN的Rdson=18.4mΩ，這必然是可變電阻區(qū)的導(dǎo)通電阻。

6、從BJT-MOS對(duì)應(yīng)關(guān)系解析

其實(shí)回答這個(gè)問(wèn)題，有一個(gè)更取巧的方法。我們都知道三極管有三個(gè)區(qū)，MOS也有三個(gè)區(qū)。只要你知道它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系，直接按照三極管的狀態(tài)去做選擇即可。對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：

本文問(wèn)題中需要的是MOS管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)三極管處于導(dǎo)通。三極管導(dǎo)通，即處于飽和區(qū)；對(duì)應(yīng)到MOS管上即為可變電阻區(qū)。

7、總  結(jié)

先聊到這里，現(xiàn)在梳理下今天討論的內(nèi)容：①只有Vgs時(shí)，Vgs對(duì)MOS管導(dǎo)電溝道寬度的控制作用；②Vgs和Vds同時(shí)存在時(shí)，對(duì)MOS管漏極電流Id的影響；③解析MOS管從可變電阻區(qū)到恒流區(qū)的過(guò)渡過(guò)程；

④從溝道狀態(tài)、阻抗量級(jí)、對(duì)應(yīng)關(guān)系等三種維度解析Rdson電阻對(duì)應(yīng)的工作區(qū)。

怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，給出的回答可淺可深。我的助攻只能到這里，能否晉升到陸地神仙境，一劍開(kāi)天門(mén)，就看你的造化了！

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