小童學習MOS管

• • 前言
  • 一、源級(S)、柵極(G)、漏極(D)三個級怎么判定
  • 二、N溝道與P溝道的判定
  • 三、寄生二極管的方向如何判定
  • 四、MOS管作為開關的時候在電路中的連接方法
  • 五、MOS管的導通條件及常用用法
  • 六、寄生二極管的存在與作用
  • 七、MOS管柵極的串聯電阻
  • 八、柵極與源極之間的電阻
  • 九、MOS管的那些事

前言

在數字電路的學習中，我們一定會常常遇到MOS管這個小東西，在芯片級的IC電路中MOS管也是占了相當大的比重，在板極電路中，我們也常常會用到MOS管來達到想要的功能。所以，對MOS管特性，功能的學習也顯得相當重要。

一、源級(S)、柵極(G)、漏極(D)三個級怎么判定

二、N溝道與P溝道的判定

也可以用下面這個方法來記憶：
Negative：消極的內向的，所以箭頭很內向的往內
Positive：積極的外向的，所以箭頭很外向的往外

三、寄生二極管的方向如何判定

有一個更形象的判斷方法，那就是，寄生二極管的方向與箭頭那根線的方向保持一致。

四、MOS管作為開關的時候在電路中的連接方法

低電平的那一方永遠是輸出端，高電平的那一方永遠是輸入端。
電流流向永遠是從輸入端流向輸出端。

Q:那推挽輸出的時候，底下那個NMOS的接地的S居然是輸出端？難道不正是它使得輸出變為地的嗎，從因果上講不是它是輸入嗎？
A:是的，所以NMOS導通時，輸出端的電流會從NMOS的D極流到S極也就是流進GND里，在這個場景下，S可以說是電流的輸出端，這就是所謂灌電流；當PMOS導通時，D端流向S端流出去，所以這就是拉電流。

五、MOS管的導通條件及常用用法

通過NMOS和PMOS管導通時的電流方向可以看得出來：(電流從高電位往低電位流)
1、NMOS一般S極接低電平(常接GND)，且柵極是高電平導通，VG-VS>Vt(Vt>0)為導通條件，柵極低電平斷開，一般控制與地之間的導通(S極接GND)。
2、PMOS一般S極是接高電平(常接VDD)，且柵極是低電平導通，VG-VS<-Vt(Vt>0)為導通條件，柵極高電平斷開，一般控制與電源之間的導通(S極接VDD)

六、寄生二極管的存在與作用

這個寄生二極管是MOS管工藝必然產生的。且正常導通狀態下，電流方向一定與二極管方向相反，因為如果二極管正常不能阻斷電流，那用柵極去控制通斷就沒有意義了，電流 從二極管那里就可以流通了。柵極G在給定正確的電壓之后，就相當于橋梁，連接了D端與S端。
寄生二極管的作用：
①防止在VDD過壓的情況下，燒壞MOS管，因為在過呀對MOS管造成損害之前，二極管先反向擊穿，將大電流直接到地，從而避免MOS管被燒壞。
②MOS管接反時，二極管導通，避免燒壞MOS管。也可以在電路有反向感生電壓時，為反向感生電壓提供通路，避免反向感生電壓擊穿MOS管。

七、MOS管柵極的串聯電阻

我們知道，MOSFET器件是電壓控制器件，與雙極性三極管不同的是，MOSFET管的導通只需要控制柵極的電壓即可，不需要柵極電流。所以理論上，MOS管工作室柵極上無需串聯任何電阻。
從一方面，考慮到MOS管柵極存在的寄生電容，為了加快MOS管導通和截止的速度，降低MOS管在導通和截止過程中的損耗，它的柵極上的等效電阻應該越小越好。柵極串聯的這個電阻存在會延長MOS導通和截止的時間，增加無謂的損耗。
從另一方面，為了防止MOSFET開關過程中產生震蕩波形，這不僅會增加MOSFET開關損耗，如果震蕩過大，還會引起MOS管被擊穿，我們需要在柵極串聯一個電阻。
下圖是在英飛凌半導體工作給出的功率MOS管柵極串聯電阻對于消除開關震蕩所起到的真正作用。

在功率MOS管的驅動電路回路中，會存在著各種分布電感Lp，他們與MOSFET的Cgd, Cge會形成諧振電路。它們會對開關驅動信號中的高頻諧波分量產生諧振，近而引起功率管輸出電壓的波動。在MOS管的柵極串聯電阻RG，可以增大MOS管驅動回路中的損耗，降低諧振回路的Q值，使得電感，電容諧振現象盡快衰減。
所以，在MOS管柵極上所串聯的電阻需要根據具體的MOS管和電路分布雜散電感來確定，如果它的取值小了，就會引起輸出振鈴，如果大了就會增加MOS管的開關過渡時間，從而增加功耗。這其中存在一個最佳串聯電阻RG，使得驅動回路恰好處在臨界阻尼狀態，此時MOS管驅動信號處在小的震蕩和快速開關狀態的折中。因此，RG應該與MOSFET驅動回路的分布電感和它的雜散電容有關。因此它不是一個固定值，需要根據實驗來確定。有說法是可以選擇4.7歐姆至100歐姆的數值，具體數值根據實際PCB布線，使用的MOS管Qg，Cgd參數，MOS驅動電路類型來綜合決定。以不出現開關振鈴，又盡量縮短開關時間為佳。
在我們實驗室的一次電路評審中，導師提出一個改進，讓設計者把一個mos管的柵極電阻從100Ω改成1kΩ，說出于限流的考慮，防止大電流流入柵極燒壞mos管，真的需要限流嗎？

八、柵極與源極之間的電阻

在MOS管應用過程中，我們常常會看到柵極G與源極S也會并聯一個電阻，起到什么作用呢？

①提供偏置電壓，通過R3與R4分壓得到偏置電壓，這個很好理解。
②起到泄放電阻的作用，保護柵極G與源極S：我們知道MOS管的G-S間的阻抗是很大的，這樣 只要當G-S腳有少量的靜電，有一點的電流流過，G-S極間的等效電容兩端就會產生很高的電壓，因為大阻抗再乘以電流就會有一個很大的電壓，如果不快速地將這些ESD靜電泄放掉，在結電容Cgs兩端產生的高壓就有可能使MOS管產生誤動作，甚至有可能把管子的G-S極擊穿，所以在柵極（G) 與 源極(S)之間加這個電阻，主要是把ESD靜電泄放掉，從而起到保護這個MOS管的作用。

案例分析：
這個電路是一個圖騰柱的推挽電路，作用是加速MOS管快速導通和關斷。我們知道MOS管有一個米勒效應，為避免管子長時間停留在一個米勒平臺上，所以我們要加速MOS管的導通與關斷時間，從而減少開關的損耗。Q3、Q4是輪流導通的，MOS管的G極在不斷地充電和放電狀態，如果這個時候突然關閉電源，MOS管的柵極就可能有有兩種情況發生：

第一種情況是，斷電時柵源極剛好在放電狀態，結電容Cgs沒有電荷存儲了，剛好電放完了；

另一種情況是，斷電時柵源極(Vgs)剛好在充電狀態，這時結電容Cgs它是有電荷的，并且電是充滿的，如上圖一所示。電源斷開了，這時候Q1、Q2也都斷開狀態，都是沒有電的。這個時候Vgs的電荷就沒有釋放的回路，這個電荷一直存在這里，并且能保持很長的一段時間，建立MOS管導通條件并沒有消失，相當于關機的時候Vgs一直是有電壓存在的。這樣再次開機瞬間，由于激勵信號還沒有建立，而開機瞬間MOS管的漏極（D極)供電隨機提供，在導電溝道的作用下，MOS管立刻產生不受控的巨大漏極（D極）電流Id，可能會引起MOS管燒壞，這種情況不是我們想要的。

所以，為了避免此現象的產生，所以在在MOS管的GS之前并接一顆泄放的電阻R4，如上圖，關機后結電容Cgs存儲的電壓通過這個電阻R4對GND迅速釋放。一般這個電阻的阻值不可以取太大，太大了放電就比較慢，為為保證電荷的迅速釋放，一般取5K至數10K左右。

九、MOS管的那些事

MOS管中的氧化物O是的是SiO2，SiO2不導電，所以驅動極柵極G基本不走電流，所以MOS管是一個電壓驅動型元件，且因此功耗比較低。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的小童学习MOS管的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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