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《泰德蘭電子》提供美國AOS萬代高低壓MOS管功率MOSFET的型號選型推薦及應用問題分析技術支援以及mojay茂捷的AC-DC,torex特瑞仕的DC-DC電源IC/霍尼韋爾(Honeywell)感測器等方案型號推薦---MOS管開關的正確用法分析有哪些呢?
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  • 1 # AOS美國萬代半導體

    答:mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場效應電晶體,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的效能。這樣的器件被認為是對稱的。

    MOS管工作原理

    NMOS的特性,Vgs大於一定的值就會導通,適合用於源極接地時的情況(低端驅動),只要柵極電壓達到一定電壓(如4V或10V, 其他電壓,看手冊)就可以了。

    PMOS的特性,Vgs小於一定的值就會導通,適合用於源極接VCC時的情況(高階驅動)。但是,雖然PMOS可以很方便地用作高階驅動,但由於導通電阻大,價格貴,替換種類少等原因,在高階驅動中,通常還是使用NMOS。

    在使用MOS管設計開關電源或者馬達驅動電路的時候,大部分人都會考慮MOS的導通電阻,最大電壓等,最大電流等,也有很多人僅僅考慮這些因素。這樣的電路也許是可以工作的,但並不是優秀的,作為正式的產品設計也是不允許的。

    1,MOS管種類和結構

    MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被製造成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。至於為什麼不使用耗盡型的MOS管,不建議刨根問底。

    對於這兩種增強型MOS管,比較常用的是NMOS。原因是導通電阻小,且容易製造。所以開關電源和馬達驅動的應用中,一般都用NMOS。下面的介紹中,也多以NMOS為主。

    MOS管的三個管腳之間有寄生電容存在,這不是我們需要的,而是由於製造工藝限制產生的。寄生電容的存在使得在設計或選擇驅動電路的時候要麻煩一些,但沒有辦法避免,後邊再詳細介紹。

    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體。這個叫體二極體,在驅動感性負載(如馬達、繼電器),這個二極體很重要,用於保護迴路。順便說一句,體二極體只在單個的MOS管中存在,在積體電路晶片內部通常是沒有的。

    MOS管的正確用法詳解由美國aos萬代半導體代理泰德蘭電子提供參考資料(一)三極體和MOS管的基本特性

    三極體是電流控制電流器件,用基極電流的變化控制集電極電流的變化。有NPN型三極體和PNP型三極體兩種,符號如下:

    (二)三極體和MOS管的正確應用

    (1)NPN型三極體,適合射極接GND集電極接負載到VCC的情況。只要基極電壓高於射極電壓(此處為GND)0.7V,即發射結正偏(VBE為正),NPN型三極體即可開始導通。

    基極用高電平驅動NPN型三極體導通(低電平時不導通);基極除限流電阻外,更優的設計是,接下拉電阻10-20k到GND;優點是,①使基極控制電平由高變低時,基極能夠更快被拉低,NPN型三極體能夠更快更可靠地截止;②系統剛上電時,基極是確定的低電平。

    (2)PNP型三極體,適合射極接VCC集電極接負載到GND的情況。只要基極電壓低於射極電壓(此處為VCC)0.7V,即發射結反偏(VBE為負),PNP型三極體即可開始導通。

    基極用低電平驅動PNP型三極體導通(高電平時不導通);基極除限流電阻外,更優的設計是,接上拉電阻10-20k到VCC;優點是,①使基極控制電平由低變高時,基極能夠更快被拉高,PNP型三極體能夠更快更可靠地截止;②系統剛上電時,基極是確定的高電平。

    所以,如上所述:

    對NPN三極體來說,最優的設計是,負載R12接在集電極和VCC之間。不夠周到的設計是,負載R12接在射極和GND之間。

    對PNP三極體來說,最優的設計是,負載R14接在集電極和GND之間。不夠周到的設計是,負載R14接在集電極和VCC之間。

    這樣,就可以避免負載的變化被耦合到控制端。從電流的方向可以明顯看出。

    (3)PMOS,適合源極接VCC漏極接負載到GND的情況。只要柵極電壓低於源極電壓(此處為VCC)超過Vth(即Vgs超過-Vth),PMOS即可開始導通。柵極用低電平驅動PMOS導通(高電平時不導通);柵極除限流電阻外,更優的設計是,接上拉電阻10-20k到VCC,使柵極控制電平由低變高時,柵極能夠更快被拉高,PMOS能夠更快更可靠地截止。

    (4)NMOS,適合源極接GND漏極接負載到VCC的情況。只要柵極電壓高於源極電壓(此處為GND)超過Vth(即Vgs超過Vth),NMOS即可開始導通。柵極用高電平驅動NMOS導通(低電平時不導通);柵極除限流電阻外,更優的設計是,接下拉電阻10-20k到GND,使柵極控制電平由高變低時,柵極能夠更快被拉低,NMOS能夠更快更可靠地截止。

    所以,如上所述

    對PMOS來說,最優的設計是,負載R16接在漏極和GND之間。不夠周到的設計是,負載R16接在源極和VCC之間。

    對NMOS來說,最優的設計是,負載R18接在漏極和VCC之間。不夠周到的設計是,負載R18接在源極和GND之間。

    (三)設計原則

    為避免負載的變化被耦合到控制端(基極Ib或柵極Vgs)的精密邏輯器件(如MCU)中,負載應接在集電極或漏極。

    MOS管優勢

    1.場效電晶體可應用於放大。由於場效電晶體放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。

    2.場效電晶體很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用於多級放大器的輸入級作阻抗變換。

    3.場效電晶體可以用作可變電阻。

    4.場效電晶體可以方便地用作恆流源。

    5.場效電晶體可以用作電子開關。

    6.場效電晶體在電路設計上的靈活性大。柵偏壓可正可負可零,三極體只能在正向偏置下工作,電子管只能在負偏壓下工作。另外輸入阻抗高,可以減輕訊號源負載,易於跟前級匹配。

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