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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),只要栅极电压大于参数手册中给定的Vgs就可以了,漏极D接电源,源极S接地。需要注意的是Vgs指的是栅极G与源极S的压差,所以当NMOS作为高端驱动时候,当漏极D与源极S导通时,漏极D与源极S电势相等,那么栅极G必须高于源极S与漏极D电压,漏极D与源极S才能继续导通。2100433B
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)。需要注意的是,Vgs指的是栅极G与源极S的电压,即栅极低于电源一定电压就导通,而非相对于地的电压。但是因为PMOS导通内阻比较大,所以只适用低功率的情况。大功率仍然使用N沟道MOS管。
太简单了。我给你个电路吧。AOD448是30V 75A的管子,这个是4.5V驱动的,偏高了点。可以用AOD442,AO3416等管子,2.5V就能驱动。2.5V时,只有26豪欧。电流两三A没...
MOS管作为开关元件,同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件,所以主要由栅源电压uGS决定其工作状态。MOS管在导通与截止两种状态发生转换时同样存在过渡过程,但其动态特性主要取决于...
极管开关电路设计
三极管开关电路设计 三极管除了可以当做交流信号放大器之外,也可以做为开关之用。严格说起来, 三极管与一般的机械接点式开关在动作上并不完全相同, 但是它却具有一些机械 式开关所没有的特点。图 1所示,即为三极管电子开关的基本电路图。 由下图可知,负载电阻被直接跨接于三极管的集电极与电源之间, 而位居三极管 主电流的回路上, 图 1 基本的三极管开关 输入电压 Vin 则控制三极管开关的开启 (open) 与闭合 (closed) 动作,当三极管 呈开启状态时,负载电流便被阻断,反之,当三极管呈闭合状态时,电流便可以 流通。详细的说,当 Vin 为低电压时,由于基极没有电流, 因此集电极亦无电流, 致使连接于集电极端的负载亦没有电流, 而相当于开关的开启, 此时三极管乃胜 作于截止 (cut off) 区。 同理,当 Vin 为高电压时, 由于有基极电流流动, 因此使集电极流过更大的放大 电流
上电延时开关电路
简单的上电延时自动开关电路 电路组成: 电路由三极管 V1、C1、R1、R2 组成上电低电平触发信号产生电路; 由时基电路 IC1 (NE555)及 C2、R3、C3 组成单稳电路,低电平触发,稳态时 IC1(NE555)③脚输低电平;由 三极管 V2、R4、R5 及继电器 J1组成开关电路,完成上电延时自动开关动作。具体电路如图 1 所 示。 V1 V2 10uF C1 100uF C2 D1 10K R2 5.6K R1 2.2M R3 5.6K R4 100K R5 0.01uF C3 0.1uF C4 K1 TRIG2 OUT 3 RST 4 CVOLT 5 THR 6 DISC 7 VCC 8 GND 1 IC1 NE555 100uF C5 J1 VCC (图 1) 工作原理:电路上电时,电源 Vcc 经 C1、R1及三极管 V1 的 b-e结给电容 C1 充电,此时三极 管
做电源设计,或者做驱动方面的电路,难免要用到MOS管。MOS管有很多种类,也有很多作用。做电源或者驱动的使用,当然就是用它的开关作用。
无论N型或者P型MOS管,其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,MOS管的开关速度应该比三极管快。其主要原理如图:图1。
图1 MOS管的工作原理
我们在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路,如图2漏极原封不动地接负载,叫开路漏极,开路漏极电路中不管负载接多高的电压,都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。
图2 NMOS管的开路漏极电路
在开关电源应用方面,这种应用需要MOS管定期导通和关断。比如,DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能,这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。我们常选择数百kHz乃至1MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。在正常工作期间,MOS管只相当于一个导体。因此,我们电路或者电源设计人员最关心的是MOS的最小传导损耗。
我们经常看MOS管的PDF参数,MOS管制造商采用RDS(ON)参数来定义导通阻抗,对开关应用来说,RDS(ON)也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON)是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。另外,慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数,其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。
其发热情况有:
1.电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。
2.频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了。
3.没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片。
4.MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。
首先考察一个更简单的器件--MOS电容--能更好的理解MOS管。这个器件有两个电极,一个是金属,另一个是extrinsic silicon(外在硅),他们之间由一薄层二氧化硅分隔开。金属极就是GATE,而半导体端就是backgate或者body。他们之间的绝缘氧化层称为gate dielectric(栅介质)。图示中的器件有一个轻掺杂P型硅做成的backgate。这个MOS 电容的电特性能通过把backgate接地,gate接不同的电压来说明。MOS电容的GATE电位是0V。金属GATE和半导体BACKGATE在WORK FUNCTION上的差异在电介质上产生了一个小电场。在器件中,这个电场使金属极带轻微的正电位,P型硅负电位。这个电场把硅中底层的电子吸引到表面来,它同时把空穴排斥出表面。这个电场太弱了,所以载流子浓度的变化非常小,对器件整体的特性影响也非常小。
当MOS电容的GATE相对于BACKGATE正偏置时发生的情况。穿过GATE DIELECTRIC的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时,空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子,硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion,反转的硅层叫做channel。随着GATE电压的持续不断升高,越来越多的电子在表面积累,channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。当GATE和BACKGATE之间的电压差小于阈值电压时,不会形成channel。当电压差超过阈值电压时,channel就出现了。
MOS电容:(A)未偏置(VBG=0V),(B)反转(VBG=3V),(C)积累(VBG=-3V)。
正是当MOS电容的GATE相对于backgate是负电压时的情况。电场反转,往表面吸引空穴排斥电子。硅表层看上去更重的掺杂了,这个器件被认为是处于accumulation状态了。
MOS电容的特性能被用来形成MOS管。Gate,电介质和backgate保持原样。在GATE的两边是两个额外的选择性掺杂的区域。其中一个称为source,另一个称为drain。假设source 和backgate都接地,drain接正电压。只要GATE对BACKGATE的电压仍旧小于阈值电压,就不会形成channel。Drain和backgate之间的PN结反向偏置,所以只有很小的电流从drain流向backgate。如果GATE电压超过了阈值电压,在GATE电介质下就出现了channel。这个channel就像一薄层短接drain和source的N型硅。由电子组成的电流从source通过channel流到drain。总的来说,只有在gate 对source电压V 超过阈值电压Vt时,才会有drain电流。
在对称的MOS管中,对source和drain的标注有一点任意性。定义上,载流子流出source,流入drain。因此Source和drain的身份就靠器件的偏置来决定了。有时晶体管上的偏置电压是不定的,两个引线端就会互相对换角色。这种情况下,电路设计师必须指定一个是drain另一个是source。
Source和drain不同掺杂不同几何形状的就是非对称MOS管。制造非对称晶体管有很多理由,但所有的最终结果都是一样的。一个引线端被优化作为drain,另一个被优化作为source。如果drain和source对调,这个器件就不能正常工作了。
晶体管有N型channel所有它称为N-channel MOS管,或NMOS。P-channel MOS(PMOS)管也存在,是一个由轻掺杂的N型BACKGATE和P型source和drain组成的PMOS管。如果这个晶体管的GATE相对于BACKGATE正向偏置,电子就被吸引到表面,空穴就被排斥出表面。硅的表面就积累,没有channel形成。如果GATE相对于BACKGATE反向偏置,空穴被吸引到表面,channel形成了。因此PMOS管的阈值电压是负值。由于NMOS管的阈值电压是正的,PMOS的阈值电压是负的,所以工程师们通常会去掉阈值电压前面的符号。一个工程师可能说,"PMOS Vt从0.6V上升到0.7V", 实际上PMOS的Vt是从-0.6V下降到-0.7V。
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1. MOS管开关电路
学习过模拟电路的人都知道三极管是流控流器件,也就是由基极电流控制集电极与发射极之间的电流;而MOS管是压控流器件,也就是由栅极上所加的电压控制漏极与源极之间电流。
MOSFET管是FET的一种,可以被制造为增强型或者耗尽型,P沟道或N沟道共四种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管。实际应用中,NMOS居多。
图1 左边是N沟道的MOS管,右边是P沟道的MOS管
**寄生二极管的方向如何判断呢?**它的判断规则就是对于N沟道,由S极指向D极;对于P沟道,由D极指向S极。
如何分辨三个极?
D极单独位于一边,而G极是第4PIN。剩下的3个脚则是S极。
它们的位置是相对固定的,记住这一点很有用。
请注意:不论NMOS管还是PMOS管,上述PIN脚的确定方法都是一样的。
MOS管导通特性
导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。
NMOS的特性:Vgs大于某一值管子就会导通,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就可以了。
PMOS的特性:Vgs小于某一值管子就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。
下图是MOS管开关电路,输入电压是Ui,输出电压是Uo。
当Ui较小时,MOS管是截止的, Uo=Uoh=Vdd;
当Ui较大时,MOS管是导通的, Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd,由于Ron<<Rd,所以输出为低电平,即Uo=0。
应用实例:
以下是某笔记本主板的电路原理图分析,在此mos管是开关作用:
PQ27控制脚为低电平,PQ27截止,而右侧的mos管导通,所以输出拉低;
电路原理分析:
PQ27控制脚为高电平,PQ27导通,所以其漏极为低电平,右侧的mos管处于截止状态,所以输出为高电平。
整体看来,两个管子的搭配作用就是高低电平的切换,这个电路来自于笔记本主板的电路,但是这个电路模块也更常见于复杂电路的上电时序控制模块,GPIO的操作模块等等应用中。
2. MOS管的隔离作用
MOS管实现电压隔离的作用是另外一个非常重要且常见的功能,隔离的重要性在于:担心前一极的电流漏到后面的电路中,对电路系统的上电时序,处理器或逻辑器件的工作造成误判,最终导致系统无法正常工作。因此,实际的电路系统中,隔离的作用非常重要。
比如,上下两个图就是通过源极的高低电平来控制MOS管的通断,来实现信号电平的隔离,因为MOS管有体二极管,并且是反向的,所以并不会有信号通过MOS管漏过去。这是一个非常经典的电路,并且可以通过搭配衍生出很多实用的电路。
比如,下面这个IIC总线中电平转换电路,其实跟上面的电路存在极大的相似性。
电路分析:
SDA1为高电平(3V3)时,TR1截止,SDA2输出为高电平(5V);
SDA1为低电平(0V)时,TR1导通,SDA2输出为低电平。
总结:
在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类:
信号切换用MOS管: Ug比Us大3V---5V即可,实际上只要导通即可,不必须饱和导通。比如常见的:2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。
电压通断用MOS管: Ug比Us应大于10V以上,而且开通时必须工作在饱和导通状态。常见的有:AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702, MDV1660,AON6428L,AON6718L
上面的电路是一个很好用的电路,好在哪?其实可以不用R73和C566, 但一般都会加上,有什么样的优点,值得思考(欢迎分析)!