MOSFET – 是金属氧化物半导体场效应晶体管的首字母缩写词,MOSFET 技术在数字和功率应用领域很普及,相比于上节介绍的三极管具有两个主要优势。
1) MOSFET 晶体管更加容易驱动,因为其控制电极与导电器件隔离,属于电压控制器件,所以不需要连续的导通电流。 一旦 MOSFET 晶体管开通, 它的驱动电流几乎为零。
2)MOSFET导通电阻小,三极管导通电阻大,所以MOSFET更适合在在大功率电路中使用;
MOS管基本原理:
本期只介绍使用最多的增强型MOS管的内容。对于MOS管的结构和物理参数,比如什么耗尽层、衬底、自由电荷,空穴位移等不做介绍。
下面针对MOS管在电路中是长什么样的,MOS管是怎么用的提出以下几个问题:
1、 MOS管的三个级如何判定?
G极比较容易,就是端口1,那么哪个是漏级D,哪个是源极S呢?
不论是P沟道还是N沟道,两根线相交的就是源级S。当然,另外一边单独引出的就是漏级D;
2、 如何区分是N沟道还是P沟道?
这更简单,当箭头指向内部的就是N沟道,“内”的拼音是(Nei),当然指向外部的就是P沟道了。
3、 寄生二极管的方向如何判定?
寄生二极管的判断方法是:N沟道是由S极指向D极,P沟道是由D极指向S极。但这个方法不好记忆,如何更简便的记忆呢?有,当然有。
不论N沟道还是P沟道MOS管,中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的:要么都由S指向D,要么都由D指向S。有了这个方法妈妈再也不用担心我画错二极管方向了。
MOS管的作用
在板级电路设计中,MOS管最常用的作用有两个。
1、开关作用
当在Vgs为高电平时,NMOS导通,负载通电,当Vgs为低电平时,NMOS关断,负载断电。
再来看一个PMOS管负责电源开关的例子,当Ctrl为低电平时,PMOS管导通,后继+3.3V_OUT输出3.3V,Ctrl为高电平时,PMOS管截止,+3.3V_OUT输出0V。
通过上面的例子可以看出MOS管应该如何接吗?如何确定哪个极接输入,哪个极接输出吗?
用NMOS管时,漏极D接输入,源极S接输出。
用PMOS管时,源极S接输入,漏极D接输出。
小结:关键是看寄生二极管的方向。寄生二极管的方向与MOS管导通时的电流方向相反,也就是寄生二极管的方向是阻碍信号输入的方向。
这也很好理解,如果寄生二极管的方向与信号方向一致,那MOS管怎么控制信号呢,信号不就通过寄生二极管直接流过去了吗?
另外值得一提的就是上图电源的导通,其实也可以用NMOS来实现,只不过Ctrl信号一定要比Vout高,如果导通电压Vth=1.5V,那么要用NMOS来实现的电源的通断,Ctrl信号需要为3.3V+1.5V=4.8V以上才行,不然NMOS一旦导通,Vgs的电压就会被拉到Vth以下,这样NMOS管刚打开就立即关断了,这也是在BUCK电路中NMOS管为啥要加自举电容的原因。
总结:不论N沟道还是P沟道MOS管, G极电压都是与S极做比较。
N沟道: VG>VS时导通。 (简单认为)VG=VS时截止。
P沟道: VG<V S时导通。 (简单认为)VG=VS时截止。
但VG比VS大(或小)多少伏时MOS管才会饱和导通呢?
这要看具体的MOS管,不同MOS管需要的压差不同。