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MOS管的正確用法分析與MOS管工作原理及優勢詳解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2020-06-30 

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MOS管的正確用法分析與MOS管工作原理及優勢詳解

mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場效應晶體管,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

P溝道,電極,MOS管


MOS管工作原理

NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到一定電壓(如4V或10V, 其他電壓,看手冊)就可以了。


PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。


在使用MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,大部分人都會考慮MOS的導通電阻,最大電壓等,最大電流等,也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的,但并不是優秀的,作為正式的產品設計也是不允許的。


1,MOS管種類和結構

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。至于為什么不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。


對于這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易制造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用NMOS。下面的介紹中,也多以NMOS為主。


MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在,這不是我們需要的,而是由于制造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免,后邊再詳細介紹。


在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管,在驅動感性負載(如馬達、繼電器),這個二極管很重要,用于保護回路。順便說一句,體二極管只在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片內部通常是沒有的。


MOS管的正確用法詳解
(一)三極管和MOS管的基本特性

三極管是電流控制電流器件,用基極電流的變化控制集電極電流的變化。有NPN型三極管和PNP型三極管兩種,符號如下:

P溝道,電極,MOS管


MOS管是電壓控制電流器件,用柵極電壓的變化控制漏極電流的變化。有P溝道MOS管(簡稱PMOS)和N溝道MOS管(簡稱NMOS),符號如下(此處只討論常用的增強型MOS管):

P溝道,電極,MOS管


(二)三極管和MOS管的正確應用

(1)NPN型三極管,適合射極接GND集電極接負載到VCC的情況。只要基極電壓高于射極電壓(此處為GND)0.7V,即發射結正偏(VBE為正),NPN型三極管即可開始導通。


基極用高電平驅動NPN型三極管導通(低電平時不導通);基極除限流電阻外,更優的設計是,接下拉電阻10-20k到GND;優點是,①使基極控制電平由高變低時,基極能夠更快被拉低,NPN型三極管能夠更快更可靠地截止;②系統剛上電時,基極是確定的低電平。


(2)PNP型三極管,適合射極接VCC集電極接負載到GND的情況。只要基極電壓低于射極電壓(此處為VCC)0.7V,即發射結反偏(VBE為負),PNP型三極管即可開始導通。


基極用低電平驅動PNP型三極管導通(高電平時不導通);基極除限流電阻外,更優的設計是,接上拉電阻10-20k到VCC;優點是,①使基極控制電平由低變高時,基極能夠更快被拉高,PNP型三極管能夠更快更可靠地截止;②系統剛上電時,基極是確定的高電平。

P溝道,電極,MOS管


所以,如上所述:

對NPN三極管來說,最優的設計是,負載R12接在集電極和VCC之間。不夠周到的設計是,負載R12接在射極和GND之間。

對PNP三極管來說,最優的設計是,負載R14接在集電極和GND之間。不夠周到的設計是,負載R14接在集電極和VCC之間。

這樣,就可以避免負載的變化被耦合到控制端。從電流的方向可以明顯看出。


(3)PMOS,適合源極接VCC漏極接負載到GND的情況。只要柵極電壓低于源極電壓(此處為VCC)超過Vth(即Vgs超過-Vth),PMOS即可開始導通。柵極用低電平驅動PMOS導通(高電平時不導通);柵極除限流電阻外,更優的設計是,接上拉電阻10-20k到VCC,使柵極控制電平由低變高時,柵極能夠更快被拉高,PMOS能夠更快更可靠地截止。


(4)NMOS,適合源極接GND漏極接負載到VCC的情況。只要柵極電壓高于源極電壓(此處為GND)超過Vth(即Vgs超過Vth),NMOS即可開始導通。柵極用高電平驅動NMOS導通(低電平時不導通);柵極除限流電阻外,更優的設計是,接下拉電阻10-20k到GND,使柵極控制電平由高變低時,柵極能夠更快被拉低,NMOS能夠更快更可靠地截止。

P溝道,電極,MOS管


所以,如上所述

對PMOS來說,最優的設計是,負載R16接在漏極和GND之間。不夠周到的設計是,負載R16接在源極和VCC之間。

對NMOS來說,最優的設計是,負載R18接在漏極和VCC之間。不夠周到的設計是,負載R18接在源極和GND之間。


(三)設計原則

為避免負載的變化被耦合到控制端(基極Ib或柵極Vgs)的精密邏輯器件(如MCU)中,負載應接在集電極或漏極。


MOS管優勢

1.場效應管可應用于放大。由于場效應管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。

2.場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3.場效應管可以用作可變電阻。

4.場效應管可以方便地用作恒流源。

5.場效應管可以用作電子開關。

6.場效應管在電路設計上的靈活性大。柵偏壓可正可負可零,三極管只能在正向偏置下工作,電子管只能在負偏壓下工作。另外輸入阻抗高,可以減輕信號源負載,易于跟前級匹配。


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