NMOS和PMOS使用总结

本文介绍了MOS管的基本工作原理,包括N沟道和P沟道MOS管的导通特性,MOS开关管的损失及其减少方法,以及MOS管的驱动方式。通过本文,读者可以了解到MOS管在电子设备中的应用。

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  MOS管应用电压的极性和我们普通的晶体三极管相同,N沟道的类似NPN晶体三极管,漏极D接正极,源极S接负极,栅极G正电压时导电沟道建立,N沟道MOS管开始工作,同样P道的类似PNP晶体三极管,漏极D接负极,源极S接正极,栅极G负电压时,导电沟道建立,P沟道MOS管开始工作。


1.导通特性 

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),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。   

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)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

2.MOS开关管损失 
  不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。   

MOS在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越高,损失也越大。 
  导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
3.MOS管驱动 
  跟双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。 
  在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。如果有兴趣,可以在mos的G级串一个电流表,看电流的变化。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。 
  第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动MOS管。


参考链接:
https://wenku.baidu.com/view/082649be51e79b8968022672.html



### NMOS PMOS 的配合使用原理 在互补金属氧化物半导体 (CMOS) 技术中,NMOS PMOS 场效应晶体管通常成对工作来实现高效的逻辑门其他路功能。当这两个类型的 MOSFET 结合在一起时,可以构建出具有低静态功耗高噪声容限的数字路。 对于基本的 CMOS 反相器结构而言,在输入信号为低平时,PMOS 导通而 NMOS 关断;此时 Vout 被拉至压 Vdd 处于高平状态[^1]。相反地,如果输入变为高,则情况反转——NMOS 开启并把输出节点接地到 GND 或者接近它,与此同时 PMOS 截止不导通流通过其通道部分。 这种组合不仅能够提供良好的开关特性,而且由于两个器件不会在同一时间都处于饱区(即同时导通),因此大大减少了待机式下的功率损耗。 ### 应用场景与路设计实例 #### 数字集成路中的应用 - **反相器**:这是最简单的例子之一,展示了如何利用一对 N/P-MOS 来创建一个非门逻辑元件。 ```circuitikz \begin{circuitikz} % Drawing the circuit here... \end{circuitikz} ``` - **传输门**:由一个 NMOS 一个 PMOS 组成,用于双向数据传递路径控制。这类组件广泛应用于多路复用器、解码器以及其他需要精确切换信号的应用场合。 #### 功率管理领域内的角色 - **低压降稳压器(LDO)**:采用复合配置方式将 PMOS 作为主调整元件,而 NMOS 则负责辅助调节或保护机制。 - **DC/DC转换器**:同步整流技术里会见到 NMOS PMOS 协同工作的身影,它们共同作用以提高效率减少能量损失。
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