MOS管的正確用法分析與MOS管工作原理及優(yōu)勢詳解

MOS管的正確用法分析與MOS管工作原理及優(yōu)勢詳解

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

MOS管工作原理

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的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達(dá)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(dǎo)通，適合用于源極接VCC時的情況（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，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動中，通常還是使用NMOS。

在使用MOS管設(shè)計(jì)開關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動電路的時候，大部分人都會考慮MOS的導(dǎo)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(yōu)秀的，作為正式的產(chǎn)品設(shè)計(jì)也是不允許的。

1，MOS管種類和結(jié)構(gòu)

MOSFET管是FET的一種（另一種是JFET），可以被制造成增強(qiáng)型或耗盡型，P溝道或N溝道共4種類型，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，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(qiáng)型MOS管，比較常用的是NMOS。原因是導(dǎo)通電阻小，且容易制造。所以開關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動的應(yīng)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(chǎn)生的。寄生電容的存在使得在設(shè)計(jì)或選擇驅(qū)動電路的時候要麻煩一些，但沒有辦法避免，后邊再詳細(xì)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(qū)動感性負(fù)載（如馬達(dá)、繼電器），這個二極管很重要，用于保護(hù)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(nèi)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：

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(qiáng)型MOS管）：

（二）三極管和MOS管的正確應(yīng)用

（1）NPN型三極管，適合射極接GND集電極接負(fù)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(fā)射結(jié)正偏（VBE為正），NPN型三極管即可開始導(dǎo)通。

基極用高電平驅(qū)動NPN型三極管導(dǎo)通（低電平時不導(dǎo)通）；基極除限流電阻外，更優(yōu)的設(shè)計(jì)是，接下拉電阻10-20k到GND；優(yōu)點(diǎn)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(tǒng)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(fù)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(fā)射結(jié)反偏（VBE為負(fù)），PNP型三極管即可開始導(dǎo)通。

基極用低電平驅(qū)動PNP型三極管導(dǎo)通（高電平時不導(dǎo)通）；基極除限流電阻外，更優(yōu)的設(shè)計(jì)是，接上拉電阻10-20k到VCC；優(yōu)點(diǎn)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(tǒng)剛上電時，基極是確定的高電平。

所以，如上所述：

對NPN三極管來說，最優(yōu)的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R12接在集電極和VCC之間。不夠周到的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R12接在射極和GND之間。

對PNP三極管來說，最優(yōu)的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R14接在集電極和GND之間。不夠周到的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R14接在集電極和VCC之間。

這樣，就可以避免負(fù)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(fù)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(dǎo)通。柵極用低電平驅(qū)動PMOS導(dǎo)通（高電平時不導(dǎo)通）；柵極除限流電阻外，更優(yōu)的設(shè)計(jì)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(fù)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(dǎo)通。柵極用高電平驅(qū)動NMOS導(dǎo)通（低電平時不導(dǎo)通）；柵極除限流電阻外，更優(yōu)的設(shè)計(jì)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。

所以，如上所述

對PMOS來說，最優(yōu)的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R16接在漏極和GND之間。不夠周到的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R16接在源極和VCC之間。

對NMOS來說，最優(yōu)的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R18接在漏極和VCC之間。不夠周到的設(shè)計(jì)是，負(fù)載R18接在源極和GND之間。

（三）設(shè)計(jì)原則

為避免負(fù)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(fù)載應(yīng)接在集電極或漏極。

MOS管優(yōu)勢

1.場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)管可以用作可變電阻。

4.場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。

5.場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。

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