MOS管基礎(chǔ)知識及應(yīng)用電路分析

MOS管的識別

在電路圖上，要判斷MOS管三個管腳，可以參照下圖方式。

MOS管有P溝道和N溝道之分，給出一個MOS的電路符號，要判斷它是N溝道，還是P溝道，參照下圖。

寄生二極管

D極和S極之間存在著一個二極管，這個二極管叫寄生二極管。

它是由生產(chǎn)工藝造成的，大功率MOS管D極從硅片底部引出，就會有這個寄生二極管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面結(jié)構(gòu)，D極引出方向是從硅片的上面也就是與S極等同一方向，沒有這個二極管。但D極和襯底之間都存在寄生二極管。如果是單個晶體管，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。

寄生二極管起什么作用呢？

當(dāng)電路中產(chǎn)生很大的瞬間反向電流時，可以通過這個二極管導(dǎo)出來，不至于擊穿這個MOS管，起到保護(hù)MOS管的作用。

不論N溝道還是P溝道MOS管，中間襯底箭頭方向總是和寄生二極管的正方向一致。

MOS管的開關(guān)作用

先來看下面的電路原理圖。

以上的MOS開關(guān)實現(xiàn)的是高低電平信號的切換。

MOS管在電路中要實現(xiàn)開關(guān)作用應(yīng)該滿足什么條件呢？MOS管接入電路哪個管腳接輸入哪個管腳接輸出？這里寄生二極管是關(guān)鍵。

我們先看MOS管做開關(guān)時在電路的接法。

反過來接行不行？不行。就拿NMOS管來說S極做輸入D極做輸出，由于寄生二極管直接導(dǎo)通，因此S極電壓可以無條件到D極，MOS管就失去了開關(guān)的作用，同理PMOS管反過來接同樣失去了開關(guān)作用。

接下來談?wù)凪OS管的開關(guān)條件，MOS管是壓控型，導(dǎo)通由G和S極之間壓差決定。

????對NMOS來說，Vg-Vs>Vgs(th)，即G極和S極的壓差大于一定值，MOS管會導(dǎo)通，但是也不能大太多，否則燒壞MOS管，開啟電壓和其他參數(shù)可以看具體器件的SPEC。

????對PMOS來說，Vs-Vg>Vgs(th)，即S極和G極的壓差大于一定值，MOS管會導(dǎo)通，同樣的，具體參數(shù)看器件的SPEC。

MOS管隔離作用

如果我們想實現(xiàn)線路上電流的單向流通，比如只讓電流由A->b，阻止由b->A，請問該怎么做?

如上圖串聯(lián)二極管的做法有一個缺點，二極管上會產(chǎn)生一個壓降，損失一些電壓信號。使用MOS管做隔離，在正向?qū)〞r，在控制極加合適的電壓，可以讓MOS管飽和導(dǎo)通，這樣通過電流時幾乎不產(chǎn)生壓降。

下面我們來看一個防電源反接電路。

這個電路當(dāng)電源反接時NMOS管截止，保護(hù)了負(fù)載。電源正接時由于NMOS管導(dǎo)通壓降比較小，幾乎不損失電壓。

MOS管放大作用

MOS管具有功率放大的作用，可以結(jié)合三極管功率放大作用來理解。無論是MOS管還是三極管，控制極的電流都很小，輸出級的電流很大。說明控制信號的內(nèi)阻大，輸出信號的內(nèi)阻很小。

MOS管作為一個壓控壓型的器件，即管子的導(dǎo)通和關(guān)閉只考慮電壓的閾值，這個時候就可以讓電流很小，從而解決功耗問題。

因此對于MOS管而言，GS柵源極內(nèi)部必然存在一個電容，因為只有電容才能存電充電，產(chǎn)生一個閾值，因此在GS柵源極內(nèi)部必然有一個電容。談到電壓就需要想到電容，談到電流需要想到電感的存在。則MOS管的等效模型在GS柵源極之間有個電容的存在，如下圖所示。

開始時對電容進(jìn)行充電，充到閾值后，在充電過程中是消耗電流和功耗的，但是一但充電完成，電容上面就沒有電流了，即電容充滿無電流，無電流則無損耗。

DS漏源極之間等效成一個可變電阻，這個可變電阻在關(guān)斷期間阻值無窮大，在導(dǎo)通期間阻值無窮小。因此在DS漏源極導(dǎo)通期間電阻無窮小，即是有一個很大的電流，功耗依然很小。因此MOS管也可以實現(xiàn)放大，功耗又小的問題。

編輯：黃飛

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