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                            PMOS管工作原理及詳解-PMOS管導通性及基本結構詳解-KIA MOS管

                            信息來源:本站 日期:2018-09-04 

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                            什么是pmos

                            在介紹PMOS管工作原理及詳解時,我們先來了解一下PMOS管的基本知識及符號,PMOS是指n型襯底、p溝道,靠空穴的流動運送電流的MOS管。

                            P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下,PMOS晶體管的跨導小于N溝道MOS晶體管。此外,P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高,要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大,充電放電過程長,加之器件跨導小,所以工作速度更低,在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路)出現之后,多數已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價格便宜,有些中規模和小規模數字控制電路仍采用PMOS電路技術。

                            PMOS管工作原理及詳解

                            pmos管工作原理及詳解

                            金屬氧化物半導體場效應(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類, P溝道硅MOS 場效應晶體管在N型硅襯底上有兩個P+區,分別叫做源極和漏極,兩極之間不通導,柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時,柵極下的N型硅表面呈現P型反型層,成為連接源極和漏極的溝道。改變柵壓可以改變溝道中的電子密度,從而改變溝道的電阻。這種MOS場效應晶體管稱為P溝道增強型場效應晶體管。如果N型硅襯底表面不加柵壓就已存在P型反型層溝道,加上適當的偏壓,可使溝道的電阻增大或減小。這樣的MOS場效應晶體管稱為P溝道耗盡型場效應晶體管。統稱為PMOS晶體管。

                            P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低,因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對值相等的情況下,PMOS晶體管的跨導小于N溝道MOS晶體管。此外,P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高,要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性,與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大,充電放電過程長,加之器件跨導小,所以工作速度更低,在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路)出現之后,多數已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價格便宜,有些中規模和小規模數字控制電路仍采用PMOS電路技術。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。

                            正常工作時,P溝道增強型MOS管的襯底必須與源極相連,而漏心極的電壓Vds應為負值,以保證兩個P區與襯底之間的PN結均為反偏,同時為了在襯底頂表面附近形成導電溝道,柵極對源極的電壓Vgs也應為負。

                            1.導電溝道的形成(V ds=0)

                            當Vds=0時,在柵源之間加負電壓Vgs,由于絕緣層的存在,故沒有電流,但是金屬柵極被補充電而聚集負電荷,N型半導體中的多子電子被負電荷排斥向體內運動,表面留下帶正電的離子,形成耗盡層,隨著G、S間負電壓的增加,耗盡層加寬,當Vgs增大到一定值時,襯底中的空穴(少子)被柵極中的負電荷吸引到表面,在耗盡層和絕緣層之間形成一個P型薄層,稱反型層,這個反型層就構成漏源之間的導電溝道,這時的V gs稱為開啟電壓Vgs(th),Vgs到Vgs(th)后再增加,襯底表面感應的空穴越多,反型層加寬,而耗盡層的寬度卻不再變化,這樣我們可以用Vgs的大小控制導電溝道的寬度。

                            2.V ds≠O的情況

                            導電溝道形成以后,D,S間加負向電壓時,那么在源極與漏極之間將有漏極電流I d 流通,而且I d隨Vds而增加.I d沿溝道產生的壓降使溝道上各點與柵極間的電壓不再相等,該電壓削弱了柵極中負電荷電場的作用,使溝道從漏極到源極逐漸變窄.當V ds增大到使V gd=V gs(TH),溝道在漏極附近出現預夾斷.

                            MOS管種類和結構

                            MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管型號和增強型的P溝道MOS管型號,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。對于這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易制造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,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生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免,后邊再詳細介紹。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,在驅動感性負載,這個二極管很重要。順便說一句,體二極管只在單個的MOS管中存在,在集成電路芯片內部通常是沒有的。

                            MOS管導通特性

                            導通的意思是作為開關,相當于開關閉合。NMOS的特性,Vgs大于一定的值就會導通,適合用于源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就會導通,適合用于源極接VCC時的情況(高端驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動,但由于導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高端驅動中,通常還是使用NMOS。

                            MOS開關管損失

                            不管是NMOS還是PMOS,導通后都有導通電阻存在,這樣電流就會在這個電阻上消耗能量,這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗?,F在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右,幾毫歐的也有。MOS在導通和截止的時候,一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程,流過的電流有一個上升的過程,在這段時間內,MOS管的損失是電壓和電流的乘積,叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多,而且開關頻率越快,損失也越大。導通瞬間電壓和電流的乘積很大,造成的損失也就很大??s短開關時間,可以減小每次導通時的損失;降低開關頻率,可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。



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