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P溝道MOS管開關(guān)電路圖及工作原理特點(diǎn)詳解
  • 發(fā)布時(shí)間:2019-06-15 16:40:46
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P溝道MOS管工作原理金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類,P溝道硅MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個(gè)P+區(qū),分別叫做源極和漏極,兩極之間不通導(dǎo),柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時(shí),柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層,成為銜接源極和漏極的溝道。
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(duì)值相等的情況下,PMOS晶體管的跨導(dǎo)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(duì)值普通偏高,央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(guò)程長(zhǎng),加之器件跨導(dǎo)小,所以工作速度更低,在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)呈現(xiàn)之后,多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單,價(jià)錢低價(jià),有些中范圍和小范圍數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
改動(dòng)?xùn)艍嚎梢愿膭?dòng)溝道中的電子密度,從而改動(dòng)溝道的電阻。這種MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。假定N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道,加上恰當(dāng)?shù)钠珘?,可使溝道的電阻增大或減小。這樣的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱為PMOS晶體管。
p溝道m(xù)os管工作原理
正常工作時(shí),P溝道增強(qiáng)型MOS管的襯底必需與源極相連,而漏心極的電壓Vds應(yīng)為負(fù)值,以保證兩個(gè)P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏,同時(shí)為了在襯底頂表面左近構(gòu)成導(dǎo)電溝道,柵極對(duì)源極的電壓Vgs也應(yīng)為負(fù)。
1.Vds≠O的情況導(dǎo)電溝道構(gòu)成以后,DS間加負(fù)向電壓時(shí),那么在源極與漏極之間將有漏極電流Id流通,而且Id隨Vds而增加.Id沿溝道產(chǎn)生的壓降使溝道上各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等,該電壓削弱了柵極中負(fù)電荷電場(chǎng)的作用,使溝道從漏極到源極逐漸變窄.當(dāng)Vds增大到使Vgd=Vgs(TH),溝道在漏極左近呈現(xiàn)預(yù)夾斷.
2.導(dǎo)電溝道的構(gòu)成(Vds=0)當(dāng)Vds=0時(shí),在柵源之間加負(fù)電壓Vgs,由于絕緣層的存在,故沒(méi)有電流,但是金屬柵極被補(bǔ)充電而聚集負(fù)電荷,N型半導(dǎo)體中的多子電子被負(fù)電荷排斥向體內(nèi)運(yùn)動(dòng),表面留下帶正電的離子,構(gòu)成耗盡層,隨著G、S間負(fù)電壓的增加,耗盡層加寬,當(dāng)Vgs增大到一定值時(shí),襯底中的空穴(少子)被柵極中的負(fù)電荷吸收到表面,在耗盡層和絕緣層之間構(gòu)成一個(gè)P型薄層,稱反型層,這個(gè)反型層就構(gòu)成漏源之間的導(dǎo)電溝道,這時(shí)的Vgs稱為開啟電壓Vgs(th),Vgs到Vgs(th)后再增加,襯底表面感應(yīng)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(dǎo)電溝道的寬度。
p溝道m(xù)os管開關(guān)電路特性
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))。需要注意的是,Vgs指的是柵極G與源極S的電壓,即柵極低于電源一定電壓就導(dǎo)通,而非相對(duì)于地的電壓。但是因?yàn)镻MOS導(dǎo)通內(nèi)阻比較大,所以只適用低功率的情況。大功率仍然使用N溝道MOS管
p溝道m(xù)os管開關(guān)電路-電路分析
下面電路為P溝道MOS管用作電路切換開關(guān)使用電路:
P溝道MOS管
電路分析如下:
p溝道m(xù)os管開關(guān)電路的開啟條件是VGS電壓為負(fù)壓,并且電壓的絕對(duì)值大于最低開啟電壓,一般小功率的PMOS管的最小開啟電壓為0.7V左右,假設(shè)電池充滿電,電壓為4.2V,VGS=-4.2V,P溝道MOS管是導(dǎo)通的,電路是沒(méi)有問(wèn)題的。當(dāng)5V電壓時(shí),G極的電壓為5V,S極的電壓為5VV-二極管壓降(0.5左右)=4.5V,PMOS管關(guān)段,當(dāng)沒(méi)有5V電壓時(shí),G極電壓下拉為0V,S極的電壓為電池電壓(假設(shè)電池充滿電4.2V)-MOS管未導(dǎo)通二極管壓降(0.5V)=3.7,這樣PMOS就導(dǎo)通,二極管壓降就沒(méi)有了這樣VGS=-4.2V.PMOS管導(dǎo)通對(duì)負(fù)載供電。在這里用一個(gè)肖特基二極管(SS12)也可以解決這個(gè)問(wèn)題,不過(guò)就是有0.3V左右的電壓降。這里使用P溝道MOS管,P溝道MOS管完全導(dǎo)通,內(nèi)阻比較小,優(yōu)與肖特基,幾乎沒(méi)有壓降。不過(guò)下拉電阻使用的有點(diǎn)大,驅(qū)動(dòng)P溝道MOS不需要電流的,只要電壓達(dá)到就可以了,可以使用大電阻,減少工作電流,推薦使用10K-100K左右的電阻。
MOS管的工作原理(以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)它是利用VGS來(lái)控制“感應(yīng)電荷”的多少,以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況,然后達(dá)到控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí),通過(guò)工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子,故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷,這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通,形成了導(dǎo)電溝道,即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí),溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變,導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變,因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。
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