解析P溝MOS管工作原理、特性和P溝道MOS管開(kāi)關(guān)電路詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-06
金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。如果N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上適當(dāng)?shù)钠珘?，可使溝道的電阻增大或減小。這樣的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱為P溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)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(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(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路(見(jiàn)N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)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(jiǎn)單,價(jià)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(yīng)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(duì)輸入電平的要求。
MOS場(chǎng)效應(yīng)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。
Vgs小于一定的值就會(huì)導(dǎo)通，適宜用于源極接VCC時(shí)的情況（高端驅(qū)動(dòng)）。但是，固然PMOS可以很便當(dāng)?shù)赜米鞲叨蓑?qū)動(dòng)，但由于導(dǎo)通電阻大，價(jià)錢貴，交流種類少等緣由，在高端驅(qū)動(dòng)中，通常還是運(yùn)用NMOS。
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(chǎng)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(méi)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(kāi)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管作為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，是由Vgs的電壓值來(lái)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(shuō)當(dāng) S（source源極）電壓 — G（gate柵極）極 > 0.4V 時(shí)， 源極 和 漏極導(dǎo)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(dǎo)通，D極電壓為3.3V
一般pmos管當(dāng)做開(kāi)關(guān)使用的時(shí)，S極和D極之間幾乎沒(méi)有壓降。
在實(shí)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(shí)際使用中的一個(gè)樣例如下：
RF_CTRL為低電平的時(shí)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(kāi)關(guān)使用電路：
電路分析如下：
pmos的開(kāi)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(kāi)啟電壓，一般小功率的PMOS管的最小開(kāi)啟電壓為0.7V左右，假設(shè)電池充滿電，電壓為4.2V,VGS=-4.2V，PMOS是導(dǎo)通的，電路是沒(méi)有問(wèn)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(méi)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(méi)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(wèn)題，不過(guò)就是有0.3V左右的電壓降。這里使用PMOS管，PMOS管完全導(dǎo)通，內(nèi)阻比較小，優(yōu)與肖特基，幾乎沒(méi)有壓降。不過(guò)下拉電阻使用的有點(diǎn)大，驅(qū)動(dòng)PMOS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。
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