金屬氧化物半導體場效應(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類,P溝道硅MOS場效應晶體管在N型硅襯底上有兩個P+區(qū),分別叫做源極和漏極,兩極之間不通導,柵極上加有足夠的正電壓(源極接地)時,柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層,成為連接源極和漏極的溝道。改變柵壓可以改變溝道中的電子密度,從而改變溝道的電阻。這種MOS場效應晶體管稱為P溝道增強型場效應晶體管。如果N型硅襯底表面不加柵壓就已存在P型反型層溝道,加上適當?shù)钠珘海墒箿系赖碾娮柙龃蠡驕p小。這樣的MOS場效應晶體管稱為P溝道耗盡型場效應晶體管。統(tǒng)稱為PMOS晶體管。
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(xiàn)之后,多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是,因PMOS電路工藝簡單,價格便宜,有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。
PMOS集成電路是一種適合在低速、低頻領(lǐng)域內(nèi)應用的器件。PMOS集成電路采用-24V電壓供電。如圖5所示的CMOS-PMOS接口電路采用兩種電源供電。采用直接接口方式,一般CMOS的電源電壓選擇在10~12V就能滿足PMOS對輸入電平的要求。
MOS場效應晶體管具有很高的輸入阻抗,在電路中便于直接耦合,容易制成規(guī)模大的集成電路。
P溝道MOS管工作原理的特性
Vgs小于一定的值就會導通,適宜用于源極接VCC時的情況(高端驅(qū)動)。但是,固然PMOS可以很便當?shù)赜米鞲叨蓑?qū)動,但由于導通電阻大,價錢貴,交流種類少等緣由,在高端驅(qū)動中,通常還是運用NMOS。
正常工作時,P溝道增強型MOS管的襯底必需與源極相連,而漏心極的電壓Vds應為負值,以保證兩個P區(qū)與襯底之間的PN結(jié)均為反偏,同時為了在襯底頂表面左近構(gòu)成導電溝道,柵極對源極的電壓Vgs也應為負。
1.Vds≠O的情況導電溝道構(gòu)成以后,DS間加負向電壓時,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與柵極間的電壓不再相等,該電壓削弱了柵極中負電荷電場的作用,使溝道從漏極到源極逐漸變窄.當Vds增大到使Vgd=Vgs(TH),溝道在漏極左近呈現(xiàn)預夾斷.
2.導電溝道的構(gòu)成(Vds=0)當Vds=0時,在柵源之間加負電壓Vgs,由于絕緣層的存在,故沒有電流,但是金屬柵極被補充電而聚集負電荷,N型半導體中的多子電子被負電荷排斥向體內(nèi)運動,表面留下帶正電的離子,構(gòu)成耗盡層,隨著G、S間負電壓的增加,耗盡層加寬,當Vgs增大到一定值時,襯底中的空穴(少子)被柵極中的負電荷吸收到表面,在耗盡層和絕緣層之間構(gòu)成一個P型薄層,稱反型層,這個反型層就構(gòu)成漏源之間的導電溝道,這時的Vgs稱為開啟電壓Vgs(th),Vgs到Vgs(th)后再增加,襯底表面感應的空穴越多,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的大小控制導電溝道的寬度。
增強型P溝道m(xù)os管開關(guān)條件
pmos管作為開關(guān)使用時,是由Vgs的電壓值來控制S(source源極)和 D(drain漏極)間的通斷。
Vgs的最小閥值電壓為:0.4v,也就是說當 S(source源極)電壓 — G(gate柵極)極 > 0.4V 時, 源極 和 漏極導通。
并且Vs = Vd ,S極電壓等于D極電壓。
例如:S極 為 3.3V,G極 為0.1V,則 Vgs = Vg — Vs = -3.2 pmos管導通,D極電壓為3.3V
一般pmos管當做開關(guān)使用的時,S極和D極之間幾乎沒有壓降。
在實際使用中,一般G極接MCU控制管腳,S極接電源正極VCC,D極接器件的輸入。實際使用中的一個樣例如下:
RF_CTRL為低電平的時候,RF_RXD 和 RF_TXD上的電壓為 VDD。
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:
pmos的開啟條件是VGS電壓為負壓,并且電壓的絕對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,假設電池充滿電,電壓為4.2V,VGS=-4.2V,PMOS是導通的,電路是沒有問題的。當5V電壓時,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,當沒有5V電壓時,G極電壓下拉為0V,S極的電壓為電池電壓(假設電池充滿電4.2V)-MOS管未導通二極管壓降(0.5V)=3.7,這樣PMOS就導通,二極管壓降就沒有了這樣VGS=-4.2V.PMOS管導通對負載供電。在這里用一個肖特基二極管(SS12)也可以解決這個問題,不過就是有0.3V左右的電壓降。這里使用PMOS管,PMOS管完全導通,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大,驅(qū)動PMOS不需要電流的,只要電壓達到就可以了,可以使用大電阻,減少工作電流,推薦使用10K-100K左右的電阻。
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