NMOS管和PMOS管的原理介紹及應用實例

一、原理介紹

如上圖MOS管符號，要注意如果剛學完三極再來看這個會覺得很別扭，記不住，下面與NMOS原理做介紹，PMOS就剛好是相反的。

上圖NMOS管是壓控型器件，VGS電壓大于開啟電壓時，內(nèi)部溝道在場強的作用下導通，Vgs電壓小于開啟電壓時，內(nèi)部溝道截止;

Vgs電壓越高，內(nèi)部場強越大，導通程度越高，導通電阻Ron越小,注意，Vgs電壓不能超過芯片允許的極限電壓;NMOS管一般作為低端驅(qū)動器件，源級S接地。

例如： IRLML2502TRPBF 開啟電壓在0.6V ~ 1.2V,但是在4.5V的時候才飽和導通，所以在驅(qū)動的時候3.3V的CPU，IO可直接驅(qū)動就有可能出現(xiàn)問題。

1、(保護)寄生二極管

使用時，要特別注意內(nèi)部保護二極管。 例如，電源接反時，源級S接到了電源正極，此時通過內(nèi)部寄生二極管導通，如果電源輸入沒有反接保護，NOMS管有可能燒毀。

2、輸入輸出電容

使用時，要特別注意GS管腳的等效電容Cgs，控制NMOS管的導通與截止，本質(zhì)上是控制Cgs電容的充放電(但這個電容一般比較小);

如果要求NMOS快速導通與截止(高頻時影響較大，IRLML2502TRPBF的，VGS電容為740PF)，此時需要驅(qū)動源能夠提供足夠大的驅(qū)動電流，以提供Cgs電容的瞬間充放電;

如果僅僅作為開關(guān)使用，可以串電阻，此時，對驅(qū)動源的要求就不高，單片機的IO口(推挽輸出時，可以提供20mA的驅(qū)動電流)可以直接驅(qū)動。

二、選型

1、常用NMOS型號: SI2312DS、BSS138LT1G、BSH103、CSD17313Q2、IRFR4104TRPBF、IRFS23N20DPBF、IRFS4127TRLPBF、IRFS4229PBF、IRLHM620PBF、IRLML2502TRPBF等，型號很多，可以根據(jù)需求合理選擇;

2、選型依據(jù)

①、Ids電流，導通電阻Ron越小，允許的Ids越大;

②、開關(guān)速率，詳看手冊的打開、保持、關(guān)閉時間;

③、Vgs開啟電壓，驅(qū)動電壓，極限電壓;

④、Vds極限電壓;

⑤、封裝尺寸;

三、常用實例

1、單片機內(nèi)部IO口

推挽輸出電路

PMOS低電平導通，NMOS低電平截止 輸出高電平

PMOS高電平截止，NMOS高電平導通，輸出低電平

開漏輸出電路

開漏輸出一般應用在I2C、SMBUS 通訊等需要“線與”功能的總線電路中。除此之外，還用在電平不匹配的場合，如需要輸出5 伏的高電平，就可以在外部接一個上拉電阻，上拉電源為5 伏，并且把GPIO 設(shè)置為開漏模式，當輸出高阻態(tài)時，由上拉電阻和電源向外輸出5 伏的電平，只要電流夠，就可以驅(qū)動繼電器等。

2、IC內(nèi)部集成電路

上圖 CD4001 IC內(nèi)部電路介紹一下，左側(cè)的其實就是推挽輸出電路對吧，其實也就是一個反向器，對應符號右側(cè)的兩個符號，那么上圖8-2推挽輸出電路和此電路是一樣的就可以認為：反向的反向就是同向輸出邏輯器件了，這也是非常常用的邏輯電路，另外所有輸入均采用CMOS保護網(wǎng)絡(luò) 管腳對電源和對地加二極管保護。

另外： 看一下上圖SRAM的電路，也都是MOS管組成的，反向器，鎖存器，存儲1位數(shù)據(jù)，原理都是一樣P1,P2,N1,N2,就是下面的兩個交叉的推挽輸出電路,等效兩個相互連接的反向器。

4、防反接電路

設(shè)計說明：上圖我就自手繪涂抹了一下(兼職美工)。

1、巧妙利用內(nèi)部(寄生)保護二極管。上電時，VIN上正下負，通過內(nèi)部保護二極管，Vgs電壓大于Vth電壓，NMOS管完全導通;

2、R11，R12:電阻分壓，調(diào)整Vgs電壓，Vgs電壓盡量大，這樣，Ron越小，壓降越小，損耗越低;設(shè)輸入12V,控制VGS電壓：5V~6V，那么R11:5.6K R12:5.1K,可以正常導通。

3、穩(wěn)壓二極管，防止Vgs電壓超過極限電壓，選型時參照NMOS器件數(shù)據(jù)手冊啟動電壓選擇,5.1V,或12V的穩(wěn)壓管。

4、當電源接反時，下正上負，NMOS不導通，有效保護后級電路。

5、學以致用，上圖所示為PMOS管的防反接電路，原理相同的，就不再介紹。