pmos和nmos的工作原理 MOS應用電路設計

一、簡介

MOS管，是MOSFET的縮寫。MOSFET金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。

其中，G是柵極，S是源極，D是漏極。

二、常見的nmos和pmos的原理與區別

NMOS

NMOS英文全稱為N-Metal-Oxide-Semiconductor。意思為N型金屬-氧化物-半導體，而擁有這種結構的晶體管我們稱之為NMOS晶體管。MOS晶體管有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構成的集成電路稱為MOS集成電路，由NMOS組成的電路就是NMOS集成電路，由PMOS管組成的電路就是PMOS集成電路，由NMOS和PMOS兩種管子組成的互補MOS電路，即CMOS電路。

PMOS

PMOS是指n型襯底、p溝道，靠空穴的流動運送電流的MOS管。

NMOS和PMOS工作原理

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值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對值一般偏高，要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，充電放電過程長，加之器件跨導小，所以工作速度更低，在NMOS電路（見N溝道金屬—氧化物—半導體集成電路）出現之后，多數已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡單，價格便宜，有些中規模和小規模數字控制電路仍采用PMOS電路技術。

三、MOS管應用分析

1.導通特性

NMOS的特性，Vgs大于一定的值就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會導通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅動，但由于導通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅動中，通常還是使用NMOS。

2.MOS開關管損失

不管是NMOS還是PMOS，導通后都有導通電阻存在，這樣電流就會在這個電阻上消耗能量，這部分消耗的能量叫做導通損耗。選擇導通電阻小的MOS管會減小導通損耗?，F在的小功率MOS管導通電阻一般在幾十毫歐左右，幾毫歐的也有。

MOS在導通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越高，損失也越大。

導通瞬間電壓和電流的乘積很大，造成的損失也就很大?？s短開關時間，可以減小每次導通時的損失；降低開關頻率，可以減小單位時間內的開關次數。這兩種辦法都可以減小開關損失。

3.MOS管驅動

跟雙極性晶體管相比，一般認為使MOS管導通不需要電流，只要GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，我們還需要速度。

在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。對電容的充電需要一個電流，因為對電容充電瞬間可以把電容看成短路，所以瞬間電流會比較大。選擇/設計MOS管驅動時第一要注意的是可提供瞬間短路電流的大小。

第二注意的是，普遍用于高端驅動的NMOS，導通時需要是柵極電壓大于源極電壓。而高端驅動的MOS管導通時源極電壓與漏極電壓（VCC）相同，所以這時柵極電壓要比VCC大4V或10V。如果在同一個系統里，要得到比VCC大的電壓，就要專門的升壓電路了。很多馬達驅動器都集成了電荷泵，要注意的是應該選擇合適的外接電容，以得到足夠的短路電流去驅動MOS管。

四、MOS應用電路設計

在實際項目中，我們基本都用增強型，分為N溝道和P溝道兩種。

我們常用的是NMOS，因為其導通電阻小，且容易制造。在MOS管原理圖上可以看到，漏極和源極之間有一個寄生二極管。這個叫體二極管，在驅動感性負載（如馬達），這個二極管很重要。順便說一句，體二極管只在單個的MOS管中存在，在集成電路芯片內部通常是沒有的，需要具體看數據手冊。

了解MOS管的開通/關斷原理你就會發現，使用PMOS做上管、NMOS做下管比較方便。使用PMOS做下管、NMOS做上管的電路設計復雜，一般情況下意義不大，所以很少采用。

下面先了解MOS管的開通/關斷原理，請看下圖：

NMOS管的主回路電流方向為D→S，導通條件為VGS有一定的壓差，一般為5~10V（G電位比S電位高）；而PMOS管的主回路電流方向為S→D，導通條件為VGS有一定的壓差，一般為-5~-10V（S電位比G電位高），下面以導通壓差6V為例。

NMOS管

使用NMOS當下管，S極直接接地（為固定值），只需將G極電壓固定值6V即可導通；若使用NMOS當上管，D極接正電源，而S極的電壓不固定，無法確定控制NMOS導通的G極電壓，因為S極對地的電壓有兩種狀態，MOS管截止時為低電平，導通時接近高電平VCC。當然NMOS也是可以當上管的，只是控制電路復雜，這種情況必須使用隔離電源控制，使用一個PMOS管就能解決的事情一般不會這么干，明顯增加電路難度。