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MOS管的原理及应用?
(以N管为例)简单来说就是:
1. 栅极加正电压(VGS>VTH),形成纵向电场,吸引电子、排斥空穴,在栅氧化层下形成电子导电沟道,将源极和漏极连起来。
2. 漏极加正电压(VDS>0),形成横向电场,电子逆着电场方向漂移到漏极,形成漏极到源极的电流。深入了解:
1. 如果栅极家的电压不够大,即VGS<VTH,则无法形成导电沟道,不能即源极和漏极连接起来,此时即使加上漏极电压,也不会有电流因此,导电沟道的形成,是MOS工作的基础。
(注:忽略亚阈区导电)。
2. 栅极电压越大,纵向电场就越强,吸引的电子就越多,导电沟道中的电子浓度也就越大,在相同的漏极电压下,产生的电流也越大。
因此MOS管是压控器件,通过栅极电压来控制电流的大小。
3. 由于漏极电压是比源极电压高的(VD>VS,VDS=VD-VS>0),因而VGD<VGS,如果漏极电压高到使使VGD<VTH,那么栅极下方靠近漏极的导电沟道便会消失。
4. 在连接漏极的导电沟道没有被夹断之前,改变漏极电压也能控制电流大小,但是夹断之后,电流就只由栅极电压控制了。
(注:忽略沟道长度调制效应)
什么是mos管?有什么作用?
MOS管是一种晶体管,可以理解为:"一个受电压控制的电阻"。根据电压的大小可以调节MOS管的电阻大小,在工作中的MOS管根据电阻的大小可以分为三种区域(三种状态):
1、导通区(电阻几乎为0,一般就是几十mΩ,相当于短路);
2、可变电阻区(类似一个可调电阻,阻值大小受电压控制);
3、截止区(电阻几乎无穷大,相当于断路)。
应用范围很广,可大体分为几种状态:
1、MOS工作在导通区或者截止区的时候可以当开关使用。外加PWM信号可以用于调压,电机调速等方面。
2、几个MOS管搭配可以起到单向导通的作用(类似二极管单向导通),比二极管有优势的地方是压降小、功耗低,导通电流大。低电压大电流的情况下优势更明显;
3、工作在可变电阻区的时候可以当一个电阻使用,一般集成芯片中的电阻就是使用这种方式的电阻,优势是生产方便,体积小巧。
4、工作在可变电阻区还可以起到放大的作用,与三极管放大电路类似。
MOS的全称是金属氧化物半导体型场效应管
MOS管属于场效应管中的绝缘栅型,MOS管开关速快,高频特性好,输入阻抗大,导通内阻小,广泛应用于功率器件的开关控制。电动工具、开关电源、LED驱动、充电电路等等应用都可以见到MOS管的身影
MOS管分N MOS管和P MOS管两种,有两个背靠背的PN结组成,总会有一个PN结反偏。MOS管有三个脚,栅极(G)、漏极(D)和源极(S),其中栅极(G)导通控制引脚,导通后电流可以从漏极(D)流向源极(S)。当在栅极(G)施加电压后,栅极(G)和硅衬底之间的SiO2绝缘层中就会产生一个栅极(G)指向硅衬底的电场。氧化物层两边形成一个电容,门极电压等于对电容充电,受电压吸引,电容另一边聚集大量电子,形成导电沟道,MOS管开始导通,电流可以从漏极(D)流向源极(S),也可以从源极(S)流向漏极(D)。
MOS管是电压驱动型的器件,当门极开启电压(Vgs)达到一定电压时,就可以导通。
N沟道MOS管:DR为高电平时导通(Vgs为正电压)
P沟道MOS管:DR为低电平时导通(Vgs为负电压)
三极管是电流驱动的,只要基极电流(Ib)满足就可以导通,MOS管是电压驱动型,如果驱动电压不足,可以加入三极管,由三极管的集电极电压控制MOS导通。
MOS管是电子电路中常用的功率半导体器件,可以用作电子开关、可控整流等,是一种电压驱动型的器件。
MOS管的全称为金属-氧化物半导体场效应晶体管,英文简称为MO***ET,具有三个电极,分别为:栅极G、源极S和漏极D,根据其半导体结构可以分为P-MOS和N-MOS。其电气符号如下图所示。
下面以NMOS为例分析其工作原理,在栅极G和源极S之间不加电压的时候,在DS之间加正电压时,D与衬底的P型半导体之间PN结反偏不通。当GS之间加正电压后,绝缘层和G极之间感应出正电荷,绝缘层和P型半导体之间感应出负电荷。这时负电荷和P型半导体中的载流子的极性相反,会将D和S的N型半导体连接起来形成一条N型的导体沟道。NMOS半导体结构如下图所示。
MOS管为电压驱动型的半导体器件,对于NMOS而言,如果VGS>0,则NMOS导通;对于PMOS而言,如果VGS<0则,PMOS导通。其驱动电路示意图如下图所示。
对于单片机电路而言,我们建议不要直接用GPIO来驱动MOS,因为单片机的供电电压以3.3V居多,输出的高电平为3.3V,对于功率较大的MOS而言,可能无法使MOS管完全导通。所以,一般通过三极管来驱动MOS管,三极管是电流型的驱动器件。
MOS管多被用作电子开关,用在控制控制回路中控制负载的通断,也可以当作可控整流来实现交流变直流。这两个最主要的应用,除此之外,还具有防反接开关和电平转换的作用。电平转换作用的原理图如下图所示。
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