分享一个PMOS的电路设计

今天分享一个PMOS的电路设计,详细了解下各个元器件在电路中起到的作用。

这里的Q1为NPN三极管,Q2为PMOS管,MCU通过高低电平控制三极管Q1的导通和关断。

当Q1关断时,由于电阻R没有电流流过,A点的电压等于Vin,也就是说Q2的栅极电压VG等于Vin,此时Q2的源极电压VS也等于Vin,Q2的G、S两端的电压等于0,Q2关断,此时的VOUT输出关断。

当Q1导通时,A点电压为0,此时的Q2是G、S电压为0-Vin=-Vin,当-Vin满足Q2的PMOS 管的导通门限电压,Q2导通,也就是说Vout输出导通。

开关管Q1

可以选择NMOS或者NPN三极管,根据MCU的IO电压来选择MOS管的开启电压要大于三极管的开启电压。

限流电阻R2

R2的选值要根据MCU的IO电压、最大输出电流和开关管Q1的类型来选择,MOS管的限流电阻通常可以在几十Ω级别,三极管的限流电阻要根据MCU的IO电压/最大输出电流来计算,一般在kΩ级别。

上下电阻R3

R3可作为上拉电阻,也可作为下拉电阻。

这是根据VOUT的默认状态来决定的,在上电时,MCU还没准备好,此时就需要一个电阻来固定电平;如果默认VOUT上电,那么R3就需要上拉,反之则是下拉,

上拉的电压VCC是MCU的IO供电电压。

GS并联电容C

在PMOS的GS之间并联一个电容C。当开启PMOS时,先给电容C充电,此时PMOS的VGS从0开始上升,PMOS经过可变电阻再到饱和区,可以防止开通瞬间后级电路中,各种因素,导致PMOS被大电流冲击。

GS电阻R1

R1的选值在几十上百KΩ,能有效减小Q1导通时的功耗。不过这里要注意,R1给MOS的GS电容提供了放电回路,如果R1过大,就会导致MOS管关断速度变慢。

以上就是今天的全部内容

### PMOS晶体管的导通条件 PMOS晶体管的导通条件是栅相对于源施加负电压,即栅源电压 $ V_{GS} $ 必须小于零,并且其绝对值要大于阈值电压 $ |V_{th}| $。这意味着当 $ V_{GS} < -|V_{th}| $ 时,PMOS晶体管开始导通[^1]。 ### PMOS晶体管的工作原理 PMOS晶体管的工作原理基于空穴作为多数载流子的运动。在PMOS晶体管中,衬底是N型材料,而源区域是P型材料。当栅相对于源施加负电压时,会在栅下方的衬底中感应出正电荷,这些正电荷吸引衬底中的空穴,形成一个P型导电沟道连接源。随着 $ V_{GS} $ 越负(绝对值越大),形成的导电沟道越宽,导通电阻越小,从而允许更大的电流从源流向漏[^1]。 ### PMOS与NMOS对比 - **衬底类型**:PMOS使用N型衬底,而NMOS使用P型衬底。 - **源/漏类型**:PMOS的源漏区是P+型,而NMOS的源漏区是N+型。 - **衬底电位**:PMOS的衬底连接到最高电位(VDD),而NMOS的衬底连接到最低电位(GND/0V)。 - **导通条件**:PMOS需要栅相对于源施加负电压(低电平/负压有效),而NMOS需要栅相对于源施加正电压(高电平有效)。 - **载流子**:PMOS依靠空穴(正电荷)导电,而NMOS依靠电子(负电荷)导电。 - **沟道类型**:PMOS形成P型沟道,而NMOS形成N型沟道。 - **开启电压**:PMOS的开启电压为负值($ V_{th} < 0 $),而NMOS的开启电压为正值($ V_{th} > 0 $)。 - **电流方向**:在PMOS中,电流从源流向漏(高电位到低电位),而在NMOS中,电流从漏流向源(高电位到低电位)。 - **常用角色**:PMOS通常用作上拉管(接VDD),而NMOS用作下拉管(接GND)[^2]。 ### 示例代码 以下是一个简单的Python示例,用于计算PMOS晶体管的导通状态: ```python def check_pmos_conduction(vgs, vth): """ 检查PMOS晶体管是否导通 :param vgs: 栅源电压 :param vth: 阈值电压 :return: 如果导通返回True,否则返回False """ return vgs < -abs(vth) # 示例参数 vgs = -5 # 栅源电压 vth = 1 # 阈值电压 # 检查PMOS是否导通 is_conducting = check_pmos_conduction(vgs, vth) print(f"PMOS导通状态: {is_conducting}") ```
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