(要更新)N沟道和P沟道MOSFET

MOS管基础与应用
本文介绍了MOS管的基础知识,包括N沟道和P沟道MOS管的区别,电流流向判断方法,以及通过寄生二极管方向理解电流路径。提供了AO4423和AO9926b两款MOS管的数据手册链接,帮助读者深入理解MOS管的应用场景。

一、借鉴基础知识:

       MOS管基础知识百度文库链接:https://wenku.baidu.com/view/fc0a7d2eccbff121dd3683b2.html

       首先,我并没有转载某知名博主的文章,只是觉得PPT的图片截取的还可以;

       其次,博客地址:https://blog.youkuaiyun.com/zhengyanan815/article/details/68921668,可以节省点时间。

二、简易的MOS记忆、应用

2.1、从电气符号上区分N和P沟道的MOS管

      极性区分:

             G极、S极、D极的位置是固定的;

             G极一般是控制信号管脚,不拐弯;

             S极和D极是负载管脚,S极会和箭头在一起,D极则单 <D> 独拎出来;

      N沟道和P沟道的MOS管,其电气符号主要是通过箭头方向来区分的,如下图:

                                                  

2.2、MOS管的电流流向

                                                

 

2.3、从寄生二极管的方向判断电流的流向

                                                   

2.4、应用简单示例

AO4423 datasheet 地址:https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/105189/ETC/AO4423.html

AO9926b datasheet 地址:https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/135860/AOSMD/AO9926B.html

2.5、复杂应用

开关电源的block和buck变换基本电路,原理待补充。

### N沟道与P沟道MOS管的基本概念 N沟道P沟道MOS(金属氧化物半导体场效应晶体管)是两种常见的场效应晶体管,它们的核心区别在于导电沟道的类型以及载流子的运动方式。在N沟道MOS管中,导电沟道由电子形成,而P沟道MOS管则依赖空穴进行导电。 ### 工作原理分析 #### N沟道MOS管 在N沟道增强型MOSFET中,当栅极电压 $ V_{GS} $ 超过阈值电压 $ V_{TH} $ 时,会在源极漏极之间形成一个反型层,即N型导电沟道。此时,电流可以通过该沟道从源极流向漏极。若 $ V_{GS} $ 小于 $ V_{TH} $,则不会形成有效的导电路径,MOS管处于截止状态[^4]。 对于N沟道耗尽型MOS管,在 $ V_{GS}=0 $ 的情况下,由于制造过程中在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子(如Na+或K+),这些正离子产生的电场作用下,漏-源极间的P型衬底表面能够感应生成N沟道(初始沟道)。因此,即使没有额外的栅极电压,只要加上正向电压 $ V_{DS} $,就会有电流 $ I_D $ 流过。增加正的 $ V_{GS} $ 可以进一步吸引更多的电子进入沟道,从而降低沟道电阻并增大 $ I_D $。相反地,负的 $ V_{GS} $ 则会减少沟道中的电子数量,导致沟道变窄、电阻增大直至完全关闭[^2]。 #### P沟道MOS管 P沟道MOS管的工作机制类似于N沟道,但方向相反。以P沟道增强型为例,只有当栅极相对于源极为负电压且绝对值足够大时,才会在P型衬底上形成N型反型层作为导电沟道。一旦建立了这样的沟道,空穴就可以从源极通过这个通道移动到漏极,产生电流。同样地,如果栅极电压不足以维持这一反型层,则器件将停止传导电流[^5]。 ### 结构与性能差异 1. **载流子迁移率**:N沟道MOS管利用电子作为主要载流子,其迁移速度大约是P沟道MOS管所用空穴迁移速度的两到三倍。这意味着,在相同导通电阻条件下,P沟道MOS管需要更大的芯片尺寸来实现等效性能[^3]。 2. **成本考量**:考虑到上述提到的尺寸因素,N沟道MOS管通常比P沟道更经济实惠,特别是在高电流需求的应用场景下更为优选[^3]。 3. **操作模式**:N沟道MOS管倾向于在较高的正向栅极电压下开启;而P沟道MOS管则要求栅极为相对负电压才能激活。此外,耗尽型与增强型之间的区别也体现在是否能在零栅压条件下自然存在导电沟道这一点上[^2]。 4. **输入特性**:无论是哪种类型的MOS管,其栅极都具有极高的输入阻抗,这是因为栅极与沟道之间有一层绝缘材料隔开。这种设计使得栅极几乎不吸取任何电流,但也增加了静电损坏的风险,因为积累在栅极上的电荷难以迅速释放[^5]。 综上所述,选择合适的MOS管类型取决于具体应用的需求,包括但不限于预期的工作电压范围、所需的最大工作电流、空间限制及预算考虑等因素。 ```python # 示例代码 - 模拟简单比较不同MOS管参数 def compare_mosfet(n_channel_params, p_channel_params): print("Comparing N-channel vs P-channel MOSFETs:") # 假设参数包含迁移率(mobility)、最大允许电流(max_current)等信息 mobility_ratio = n_channel_params['mobility'] / p_channel_params['mobility'] current_capacity_ratio = n_channel_params['max_current'] / p_channel_params['max_current'] print(f"Electron mobility ratio (N/P): {mobility_ratio:.2f}") print(f"Current carrying capacity ratio (N/P): {current_capacity_ratio:.2f}") # 示例数据点 n_params = {'mobility': 1500, 'max_current': 10} p_params = {'mobility': 500, 'max_current': 4} compare_mosfet(n_params, p_params) ```
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