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    • 發(fā)布時(shí)間:2024-07-30 19:21:49
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    NMOS與PMOS的原理和區(qū)別,MOS管應(yīng)用電路設(shè)計(jì)介紹
    一簡介
    MOS管,是MOSFET的縮寫。MOSFET金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管,簡稱金氧半場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)。
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
    其中,G是柵極,S是源極,D是漏極。
    二常見的nmos和pmos的原理與區(qū)別
    NMOS
    NMOS英文全稱為N-Metal-Oxide-Semiconductor。意思為N型金屬-氧化物-半導(dǎo)體,而擁有這種結(jié)構(gòu)的晶體管我們稱之為NMOS晶體管。MOS晶體管有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構(gòu)成的集成電路稱為MOS集成電路,由NMOS組成的電路就是NMOS集成電路,由PMOS管組成的電路就是PMOS集成電路,由NMOS和PMOS兩種管子組成的互補(bǔ)MOS電路,即CMOS電路。
    PMOS
    PMOS是指n型襯底、p溝道,靠空穴的流動運(yùn)送電流的MOS管。
    NMOS和PMOS工作原理
    P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下,PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外,P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高,要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大,充電放電過程長,加之器件跨導(dǎo)小,所以工作速度更低,在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)出現(xiàn)之后,多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價(jià)格便宜,有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
    三MOS管應(yīng)用分析
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
    1、導(dǎo)通特性
    NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通,適合用于源極接地時(shí)的情況(低端驅(qū)動),只要柵極電壓達(dá)到4V或10V就可以了。
    PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通,適合用于源極接VCC時(shí)的情況(高端驅(qū)動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動,但由于導(dǎo)通電阻大,價(jià)格貴,替換種類少等原因,在高端驅(qū)動中,通常還是使用NMOS。
    2、MOS開關(guān)管損失
    不管是NMOS還是PMOS,導(dǎo)通后都有導(dǎo)通電阻存在,這樣電流就會在這個(gè)電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導(dǎo)通損耗。選擇導(dǎo)通電阻小的MOS管會減小導(dǎo)通損耗?,F(xiàn)在的小功率MOS管導(dǎo)通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。
    MOS在導(dǎo)通和截止的時(shí)候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個(gè)下降的過程,流過的電流有一個(gè)上升的過程,在這段時(shí)間內(nèi),MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關(guān)損失。通常開關(guān)損失比導(dǎo)通損失大得多,而且開關(guān)頻率越高,損失也越大。
    導(dǎo)通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大。縮短開關(guān)時(shí)間,可以減小每次導(dǎo)通時(shí)的損失;降低開關(guān)頻率,可以減小單位時(shí)間內(nèi)的開關(guān)次數(shù)。這兩種辦法都可以減小開關(guān)損失。
    3、MOS管驅(qū)動
    跟雙極性晶體管相比,一般認(rèn)為使MOS管導(dǎo)通不需要電流,只要GS電壓高于一定的值,就可以了。這個(gè)很容易做到,但是,我們還需要速度。
    在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到,在GS,GD之間存在寄生電容,而MOS管的驅(qū)動,實(shí)際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個(gè)電流,因?yàn)閷﹄娙莩潆娝查g可以把電容看成短路,所以瞬間電流會比較大。選擇/設(shè)計(jì)MOS管驅(qū)動時(shí)第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。
    第二注意的是,普遍用于高端驅(qū)動的NMOS,導(dǎo)通時(shí)需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅(qū)動的MOS管導(dǎo)通時(shí)源極電壓與漏極電壓(VCC)相同,所以這時(shí)柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個(gè)系統(tǒng)里,要得到比VCC大的電壓,就要專門的升壓電路了。很多馬達(dá)驅(qū)動器都集成了電荷泵,要注意的是應(yīng)該選擇合適的外接電容,以得到足夠的短路電流去驅(qū)動MOS管。
    四MOS應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
    在實(shí)際項(xiàng)目中,我們基本都用增強(qiáng)型,分為N溝道和P溝道兩種。
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
    我們常用的是NMOS,因?yàn)槠鋵?dǎo)通電阻小,且容易制造。在MOS管原理圖上可以看到,漏極和源極之間有一個(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管,在驅(qū)動感性負(fù)載(如馬達(dá)),這個(gè)二極管很重要。順便說一句,體二極管只在單個(gè)的MOS管中存在,在集成電路芯片內(nèi)部通常是沒有的,需要具體看數(shù)據(jù)手冊。
    了解MOS管的開通/關(guān)斷原理你就會發(fā)現(xiàn),使用PMOS做上管、NMOS做下管比較方便。使用PMOS做下管、NMOS做上管的電路設(shè)計(jì)復(fù)雜,一般情況下意義不大,所以很少采用。
    下面先了解MOS管的開通/關(guān)斷原理,請看下圖:
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
    NMOS管的主回路電流方向?yàn)镈→S,導(dǎo)通條件為VGS有一定的壓差,一般為510V(G電位比S電位高);而PMOS管的主回路電流方向?yàn)镾→D,導(dǎo)通條件為VGS有一定的壓差,一般為-5-10V(S電位比G電位高),下面以導(dǎo)通壓差6V為例。
    NMOS管
    使用NMOS當(dāng)下管,S極直接接地(為固定值),只需將G極電壓固定值6V即可導(dǎo)通;若使用NMOS當(dāng)上管,D極接正電源,而S極的電壓不固定,無法確定控制NMOS導(dǎo)通的G極電壓,因?yàn)镾極對地的電壓有兩種狀態(tài),MOS管截止時(shí)為低電平,導(dǎo)通時(shí)接近高電平VCC。當(dāng)然NMOS也是可以當(dāng)上管的,只是控制電路復(fù)雜,這種情況必須使用隔離電源控制,使用一個(gè)PMOS管就能解決的事情一般不會這么干,明顯增加電路難度。
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
    PMOS管
    使用PMOS當(dāng)上管,S極直接接電源VCC,S極電壓固定,只需G極電壓比S極低6V即可導(dǎo)通,使用方便;同理若使用PMOS當(dāng)下管,D極接地,S極的電壓不固定(0V或VCC),無法確定控制極G極的電壓,使用較麻煩,需采用隔離電壓設(shè)計(jì)。
    NMOS PMOS 原理 區(qū)別 應(yīng)用電路
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