P溝道MOS管開關(guān)電路圖文詳解及工作原理、特點(diǎn)介紹-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-08-02
P溝道MOS管工作原理金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類，P溝道硅MOS場效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個(gè)P+區(qū)，分別叫做源極和漏極，兩極之間不通導(dǎo)，柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時(shí)，柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層，成為銜接源極和漏極的溝道。
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(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)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(duì)值普通偏高，央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(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路(見N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)呈現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價(jià)錢低價(jià)，有些中范圍和小范圍數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
改動(dòng)?xùn)艍嚎梢愿膭?dòng)溝道中的電子密度，從而改動(dòng)溝道的電阻。這種MOS場效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管。假定N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上恰當(dāng)?shù)钠珘海墒箿系赖碾娮柙龃蠡驕p小。這樣的MOS場效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱為PMOS晶體管。
正常工作時(shí)，P溝道增強(qiáng)型MOS管的襯底必需與源極相連，而漏心極的電壓Vds應(yīng)為負(fù)值，以保證兩個(gè)P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏，同時(shí)為了在襯底頂表面左近構(gòu)成導(dǎo)電溝道，柵極對(duì)源極的電壓Vgs也應(yīng)為負(fù)。
1．Ｖds≠Ｏ的情況導(dǎo)電溝道構(gòu)成以后，ＤＳ間加負(fù)向電壓時(shí)，那么在源極與漏極之間將有漏極電流Ｉd流通，而且Ｉd隨Vds而增加．Ｉd沿溝道產(chǎn)生的壓降使溝道上各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相等，該電壓削弱了柵極中負(fù)電荷電場的作用，使溝道從漏極到源極逐漸變窄．當(dāng)Ｖds增大到使Ｖgd＝Ｖgs（TH），溝道在漏極左近呈現(xiàn)預(yù)夾斷．
2．導(dǎo)電溝道的構(gòu)成（Ｖds＝0）當(dāng)Vds=0時(shí)，在柵源之間加負(fù)電壓Vgs，由于絕緣層的存在，故沒有電流，但是金屬柵極被補(bǔ)充電而聚集負(fù)電荷，Ｎ型半導(dǎo)體中的多子電子被負(fù)電荷排斥向體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，表面留下帶正電的離子，構(gòu)成耗盡層，隨著Ｇ、Ｓ間負(fù)電壓的增加，耗盡層加寬，當(dāng)Vgs增大到一定值時(shí)，襯底中的空穴（少子）被柵極中的負(fù)電荷吸收到表面，在耗盡層和絕緣層之間構(gòu)成一個(gè)Ｐ型薄層，稱反型層，這個(gè)反型層就構(gòu)成漏源之間的導(dǎo)電溝道，這時(shí)的Ｖgs稱為開啟電壓Vgs（th），Vgs到Vgs（th）后再增加，襯底表面感應(yīng)的空穴越多，反型層加寬，而耗盡層的寬度卻不再變化，這樣我們可以用Vgs的大小控制導(dǎo)電溝道的寬度。
PMOS的特性，Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。需要注意的是，Vgs指的是柵極G與源極S的電壓，即柵極低于電源一定電壓就導(dǎo)通，而非相對(duì)于地的電壓。但是因?yàn)镻MOS導(dǎo)通內(nèi)阻比較大，所以只適用低功率的情況。大功率仍然使用N溝道MOS管。
下面電路為P溝道MOS管用作電路切換開關(guān)使用電路：
電路分析如下：
p溝道m(xù)os管開關(guān)電路的開啟條件是VGS電壓為負(fù)壓，并且電壓的絕對(duì)值大于最低開啟電壓，一般小功率的PMOS管的最小開啟電壓為0.7V左右，假設(shè)電池充滿電，電壓為4.2V,VGS=-4.2V，P溝道MOS管是導(dǎo)通的，電路是沒有問題的。當(dāng)5V電壓時(shí)，G極的電壓為5V，S極的電壓為5VV-二極管壓降（0.5左右）=4.5V，PMOS管關(guān)段，當(dāng)沒有5V電壓時(shí)，G極電壓下拉為0V，S極的電壓為電池電壓（假設(shè)電池充滿電4.2V）-MOS管未導(dǎo)通二極管壓降（0.5V）=3.7，這樣PMOS就導(dǎo)通，二極管壓降就沒有了這樣VGS=-4.2V.PMOS管導(dǎo)通對(duì)負(fù)載供電。在這里用一個(gè)肖特基二極管（SS12）也可以解決這個(gè)問題，不過就是有0.3V左右的電壓降。這里使用P溝道MOS管，P溝道MOS管完全導(dǎo)通，內(nèi)阻比較小，優(yōu)與肖特基，幾乎沒有壓降。不過下拉電阻使用的有點(diǎn)大，驅(qū)動(dòng)P溝道MOS不需要電流的，只要電壓達(dá)到就可以了，可以使用大電阻，減少工作電流，推薦使用10K-100K左右的電阻。
MOS管的工作原理(以N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管)它是利用VGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流的目的。在制造管子時(shí)，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把高滲雜質(zhì)的N區(qū)接通，形成了導(dǎo)電溝道，即使在VGS=0時(shí)也有較大的漏極電流ID。當(dāng)柵極電壓改變時(shí)，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄也隨之而變，因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。
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