上圖的柵極通過金屬氧化物與襯底形成一個(gè)電容,越是高品質(zhì)的mos,膜越薄,寄生電容越大,經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級。這個(gè)參數(shù)是mos管選擇時(shí)至關(guān)重要的參數(shù)之一,必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷,經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開關(guān)頻率,在這種用途中,柵極信號(hào)具有交流特征,頻率越高,交流成分越大,寄生電容就能通過交流電流的形式通過電流,形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)生的熱量不可忽視,甚至成為主要問題。為了追求高速,需要強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng),也是這個(gè)道理。試想,弱驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間變?yōu)楦唠娖剑菫榱恕肮酀M”寄生電容需要時(shí)間,就會(huì)產(chǎn)生上升沿變緩,對開關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。
解釋8:如何工作在放大區(qū)
Mos管也能工作在放大區(qū),而且很常見。做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等,都是利用mos管工作在放大區(qū),由于mos管的特性,當(dāng)溝道處于似通非通時(shí),柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力,呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。由于柵極與源漏隔離,因此其輸入阻抗可視為無窮大,當(dāng)然,隨頻率增加阻抗就越來越小,一定頻率時(shí),就變得不可忽視。這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放,運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。這是三極管不可比擬的。
解釋9:發(fā)熱原因
Mos管發(fā)熱,主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟關(guān)閉時(shí),顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗,形成電流。有電流就有發(fā)熱,并非電場型的就沒有電流。另一個(gè)原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時(shí),導(dǎo)通狀態(tài)要“路過”一個(gè)由關(guān)閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn),這時(shí),導(dǎo)通電阻很大,發(fā)熱比較厲害。第三個(gè)原因是導(dǎo)通后,溝道有電阻,過主電流,形成發(fā)熱。主要考慮的發(fā)熱是第1和第3點(diǎn)。許多mos管具有結(jié)溫過高保護(hù),所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度,一般是150攝氏度。超過此溫度,mos管不可能導(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。要注意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。
但愿上述描述能通俗的理解mos管,下面說說幾個(gè)約定俗成電路:
1:pmos應(yīng)用
一般用于管理電源的通斷,屬于無觸點(diǎn)開關(guān),柵極低電平就完全導(dǎo)通,高電平就完全截止。而且,柵極可以加高過電源的電壓,意味著可以用5v信號(hào)管理3v電源的開關(guān),這個(gè)原理也用于電平轉(zhuǎn)換。
2:nmos管應(yīng)用
一般用于管理某電路是否接地,屬于無觸點(diǎn)開關(guān),柵極高電平就導(dǎo)通導(dǎo)致接地,低電平截止。當(dāng)然柵極也可以用負(fù)電壓截止,但這個(gè)好處沒什么意義。其高電平可以高過被控制部分的電源,因?yàn)闁艠O是隔離的。因此可以用5v信號(hào)控制3v系統(tǒng)的某處是否接地,這個(gè)原理也用于電平轉(zhuǎn)換。
3:放大區(qū)應(yīng)用
工作于放大區(qū),一般用來設(shè)計(jì)反饋電路,需要的專業(yè)知識(shí)比較多,類似運(yùn)放,這里無法細(xì)說。常用做鏡像電流源、電流反饋、電壓反饋等。至于運(yùn)放的集成應(yīng)用,我們其實(shí)不用關(guān)注。人家都做好了,看好datasheet就可以了,不用按mos管方式去考慮導(dǎo)通電阻和寄生電容。