[Circuit] MOSFET 特性

電路知識：MOSFET 特性

簡介：特性與運用
以下皆以 NMOS 進行討論， PMOS 可參考公式進行推導

電流公式

只限於 Saturation
\(\lambda\) 的量級約為小數點第二位甚至更小，取決於製程參數

$$ I_D=k(V_{GS}-V_{Th})^2(1+\lambda V_{DS})\\ $$ 此時 $$ V_{Th}>V_{GD}= V_{GS}-V_{DS} $$

DC 負載線

可用 DC 負載線判斷工作模式，通常 spec 不會有 k 值，所以只能用此方法判斷
假設 \(V_{DS}=0\) 得 Y 軸上的點
假設 \(I_D=0\) 得 X 軸上的點

三種工作模式

• Cut-off
• 滿足以下任一條件
• \(V_{GS}<V_{Th}\)
• \(I_D=0\)
• \(V_{DS}=V_{DD}\) 
• 開關使用
• Triode (Linear)
• 滿足以下任一條件
• \(V_{GS}>V_{Th}\)，\(V_{GD}>V_{Th}\)
• \(I_D<k(V_{GS}-V_{th})^2(1+\lambda V_{DS})\) 
• \(V_{DS}<V_{GS}-V_{Th}\) 
• 開關使用
• Saturation
• 滿足以下任一條件
• \(V_{GS}>V_{Th}\)，\(V_{GD}<V_{Th}\)
• \(I_D=k(V_{GS}-V_{th})^2(1+\lambda V_{DS})\) 
• \(V_{DS}>V_{GS}-V_{Th}\) 
• 訊號放大使用

參考

MOSFET as a Switch
How an n-Channel MOSFET works
場效電晶體之特性與偏壓
What happens when an NMOS is connected to Vdd and a PMOS to Vss?
Digital circuits