NMOS管与PMOS管的区别与总结
对MOS管的理解
MOS管的管脚有三个:源极S(source)、栅极G(Gate)和漏极(Drain),但是实际工程应用中,经常无法区分PMOS管和NMOS管、各管脚的位置以及它们各自导通的条件。
MOS管有两种:一个是PMOS管,一个是NMOS管;PMOS管就是positive管,是积极的管,而NMOS管是negative管,是消极的管。积极的管就是顺应潮流,顺势而为;消极的管就是违背趋势,逆流而上。
很显然,电流从源极(输入端)到漏极(输出端),那就是顺势而为,因为源极就是源头嘛,因此这种管就是PMOS管;而电流要是从漏极(输入端)到源极(输出端),那就是逆流而上,是NMOS管。
N沟道还是P沟道与寄生二极管方向如何判定
N沟道MOS还是P沟道MOS:
箭头指向G极的是N沟道
箭头背向G极的是P沟道
寄生二极管方向:
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,要么都有D指向S
MOS管的连接方式
MOS管应用电压的极性和我们普通的晶体三极管相同,N沟道的类似NPN晶体三极管,漏极D接正极,源极S接负极,栅极G正电压时导电沟道建立,N沟道MOS管开始工作。
同样P道的类似PNP晶体三极管,漏极D接负极,源极S接正极,栅极G负电压时,导电沟道建立,P沟道MOS管开始工作。
导通特性
NMOS是栅极高电平(|VGS| > Vt)导通,低电平断开,可用来控制与地之间的导通。
PMOS是栅极低电平(|VGS| > Vt)导通,高电平断开,可用来控制与电源之间的导通。
NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。
MOS开关管损失
不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。
MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越高,损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
MOS管驱动
跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。
在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。如果有兴趣,可以在mos的G级串一个电流表,看电流的变化。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。
记忆技巧:
1.交叉的线最多的是源极;
2.栅极也就是门(gate),既然是门,就具有控制的职能。
3.无论是PMOS管还是NMOS管,二极管的方向正好与输入输出的方向是相反的
4.无论是PMOS管还是NMOS管,栅源极箭头的方向正好与二极管的方向相同
5.无论是PMOS管还是NMOS管,我们只需要比较G极电压与S极电压大小关系就可以判断MOS管能不能导通
6.对于PMOS管来说,电流是从源极(输入端)到漏极(输出端),从上到下,各节点电平应该是依次变小的,因此栅极G的电压必须小于源极电压;换句话说,当UGS<0时,PMOS管才导通。
7.对于NMOS管来说,电流是从漏极(输入端)到源极(输出端),从下到上,各节点电平应该是依次变小的,因此栅极G的电压必须大于源极电压;换句话说,当UGS>0时,NMOS管才导通。
无论是PMOS管还是NMOS管,它们的实物管脚名称都是完全一样的:
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