MOS管的正確用法分析與MOS管工作原理及優(yōu)勢(shì)詳解

MOS管的正確用法分析與MOS管工作原理及優(yōu)勢(shì)詳解

mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導(dǎo)體(semiconductor)場(chǎng)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(duì)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(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。

MOS管工作原理

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會(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)到一定電壓（如4V或10V， 其他電壓，看手冊(cè)）就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動(dòng)，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(dòng)中，通常還是使用NMOS。

在使用MOS管設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源或者馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)候，大部分人都會(huì)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(wèn)底。

對(duì)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(kāi)關(guān)電源和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(dòng)電路的時(shí)候要麻煩一些，但沒(méi)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(gè)寄生二極管。這個(gè)叫體二極管，在驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載（如馬達(dá)、繼電器），這個(gè)二極管很重要，用于保護(hù)回路。順便說(shuō)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(méi)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(hào)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(jiǎn)稱PMOS）和N溝道MOS管（簡(jiǎn)稱NMOS），符號(hào)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(kāi)始導(dǎo)通。

基極用高電平驅(qū)動(dòng)NPN型三極管導(dǎo)通（低電平時(shí)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(shí)，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(shí)，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(kāi)始導(dǎo)通。

基極用低電平驅(qū)動(dòng)PNP型三極管導(dǎo)通（高電平時(shí)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(shí)，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(shí)，基極是確定的高電平。

所以，如上所述：

對(duì)NPN三極管來(lái)說(shuō)，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(duì)PNP三極管來(lái)說(shuō)，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(guò)Vth（即Vgs超過(guò)-Vth），PMOS即可開(kāi)始導(dǎo)通。柵極用低電平驅(qū)動(dòng)PMOS導(dǎo)通（高電平時(shí)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(shí)，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(guò)Vth（即Vgs超過(guò)Vth），NMOS即可開(kāi)始導(dǎo)通。柵極用高電平驅(qū)動(dòng)NMOS導(dǎo)通（低電平時(shí)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(shí)，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(duì)PMOS來(lái)說(shuō)，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(duì)NMOS來(lái)說(shuō)，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(shì)

1.場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)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(chǎng)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(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。

3.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。

4.場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。

5.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開(kāi)關(guān)。

6.場(chǎng)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(hào)源負(fù)載，易于跟前級(jí)匹配。