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二極管、三極管、MOS管、橋堆

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  • MOS管寄生二極管的由來(lái)-作用分析與方向怎么判斷
    • 發(fā)布時(shí)間:2019-08-22 17:01:06
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    寄生二極管,二極管方向判斷
    二極管
    二極管,(英語(yǔ):Diode),電子元件當(dāng)中,一種具有兩個(gè)電極的裝置,只允許電流由單一方向流過(guò),許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。而變?nèi)荻O管(Varicap Diode)則用來(lái)當(dāng)作電子式的可調(diào)電容器。大部分二極管所具備的電流方向性我們通常稱(chēng)之為“整流(Rectifying)”功能。二極管最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(guò)(稱(chēng)為順向偏壓),反向時(shí)阻斷 (稱(chēng)為逆向偏壓)。因此,二極管可以想成電子版的逆止閥。
    寄生二極管的由來(lái)
    是由生產(chǎn)工藝造成的,大功率MOS管漏極從硅片底部引出,就會(huì)有這個(gè)寄生二極管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面結(jié)構(gòu),漏極引出方向是從硅片的上面也就是與源極等同一方向,沒(méi)有這個(gè)二極管。模擬電路書(shū)里講得就是小功率MOS管的結(jié)構(gòu),所以沒(méi)有這個(gè)二極管。但D極和襯底之間都存在寄生二極管,如果是單個(gè)晶體管,襯底當(dāng)然接S極,因此自然在DS之間有二極管。如果在IC里面,N—MOS襯底接最低的電壓,P—MOS襯底接最高電壓,不一定和S極相連,所以DS之間不一定有寄生二極管。
    寄生二極管的作用
    當(dāng)電路中產(chǎn)生很大的瞬間反向電流時(shí),可以通過(guò)這個(gè)二極管導(dǎo)出來(lái),不至于擊穿這個(gè)MOS管。(起到保護(hù)MOS管的作用)
    溝槽Trench型N溝道增強(qiáng)型功率MOSFET的結(jié)構(gòu)如下圖所示,在N-epi外延層上擴(kuò)散形成P基區(qū),然后通過(guò)刻蝕技術(shù)形成深度超過(guò)P基區(qū)的溝槽,在溝槽壁上熱氧化生成柵氧化層,再用多晶硅填充溝槽,利用自對(duì)準(zhǔn)工藝形成N+源區(qū),背面的N+substrate為漏區(qū),在柵極加上一定正電壓后,溝槽壁側(cè)的P基區(qū)反型,形成垂直溝道。
    由下圖中的結(jié)構(gòu)可以看到,P基區(qū)和N-epi形成了一個(gè)PN結(jié),即MOSFET的寄生體二極管。
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    MOSFET剖面結(jié)構(gòu)
    MOS管寄生二極管的方向判斷
    MOS管開(kāi)關(guān)電路學(xué)習(xí)過(guò)模擬電路的人都知道三極管是流控流器件,也就是由基極電流控制集電極與發(fā)射極之間的電流;而MOS管是壓控流器件,也就是由柵極上所加的電壓控制漏極與源極之間電流。MOSFET管是FET的一種,可以被制造為增強(qiáng)型或者耗盡型,P溝道或N溝道共四種類(lèi)型,但實(shí)際應(yīng)用的只有增強(qiáng)型的N溝道MOS管和增強(qiáng)型的P溝道MOS管。實(shí)際應(yīng)用中,NMOS居多。
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    上圖左邊是N溝道的MOS管,右邊是P溝道的MOS管寄生二極管的方向如何判斷呢?它的判斷規(guī)則就是對(duì)于N溝道,由S極指向D極;對(duì)于P溝道,由D極指向S極。
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    如何分辨三個(gè)極?D極單獨(dú)位于一邊,而G極是第4PIN。剩下的3個(gè)腳則是S極。它們的位置是相對(duì)固定的,記住這一點(diǎn)很有用。請(qǐng)注意:不論NMOS管還是PMOS管,上述PIN腳的確定方法都是一樣的。
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    MOS管導(dǎo)通特性導(dǎo)通的意思是作為開(kāi)關(guān),相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合。NMOS的特性:Vgs大于某一值管子就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動(dòng)),只要柵極電壓達(dá)到4V就可以了。PMOS的特性:Vgs小于某一值管子就會(huì)導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動(dòng))。
    下圖是MOS管開(kāi)關(guān)電路,輸入電壓是Ui,輸出電壓是Uo。當(dāng)Ui較小時(shí),MOS管是截止的, Uo=Uoh=Vdd;當(dāng)Ui較大時(shí),MOS管是導(dǎo)通的, Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd,由于Ron<
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    應(yīng)用實(shí)例:以下是某筆記本主板的電路原理圖分析,在此mos管是開(kāi)關(guān)作用:PQ27控制腳為低電平,PQ27截止,而右側(cè)的mos管導(dǎo)通,所以輸出拉低;
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    電路原理分析:PQ27控制腳為高電平,PQ27導(dǎo)通,所以其漏極為低電平,右側(cè)的mos管處于截止?fàn)顟B(tài),所以輸出為高電平。
    寄生二極管,二極管方向怎么判斷
    整體看來(lái),兩個(gè)管子的搭配作用就是高低電平的切換,這個(gè)電路來(lái)自于筆記本主板的電路,但是這個(gè)電路模塊也更常見(jiàn)于復(fù)雜電路的上電時(shí)序控制模塊,GPIO的操作模塊等等應(yīng)用中。
    2. MOS管的隔離作用MOS管實(shí)現(xiàn)電壓隔離的作用是另外一個(gè)非常重要且常見(jiàn)的功能,隔離的重要性在于:擔(dān)心前一極的電流漏到后面的電路中,對(duì)電路系統(tǒng)的上電時(shí)序,處理器或邏輯器件的工作造成誤判,最終導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。因此,實(shí)際的電路系統(tǒng)中,隔離的作用非常重要。
    二極管的導(dǎo)電特性
    二極管最重要的特性就是單方向?qū)щ娦?。在電路中,電流只能從二極管的正極流入,負(fù)極流出。
    正向特性
    在電子電路中,將二極管的正極接在高電位端,負(fù)極接在低電位端,二極管就會(huì)導(dǎo)通,這種連接方式,稱(chēng)為正向偏置。必須說(shuō)明,當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí),二極管仍然不能導(dǎo)通,流過(guò)二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)到某一數(shù)值(這一數(shù)值稱(chēng)為“門(mén)坎電壓”,又稱(chēng)“死區(qū)電壓”,鍺管約為0.1V,硅管約為0.5V)以后,二極管才能真正導(dǎo)通。導(dǎo)通后二極管兩端的電壓基本上保持不變(鍺管約為0.3V,硅管約為0.7V),稱(chēng)為二極管的“正向壓降”。
    反向特性
    在電子電路中,二極管的正極接在低電位端,負(fù)極接在高電位端,此時(shí)二極管中幾乎沒(méi)有電流流過(guò),此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(tài),這種連接方式,稱(chēng)為反向偏置。二極管處于反向偏置時(shí),仍然會(huì)有微弱的反向電流流過(guò)二極管,稱(chēng)為漏電流。當(dāng)二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值,反向電流會(huì)急劇增大,二極管將失去單方向?qū)щ娞匦?,這種狀態(tài)稱(chēng)為二極管的擊穿。
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