本文将详细介绍金属氧化物半导体场效应晶体管(MOS管)的工作原理,重点解析其开启和关闭过程中的关键因素及影响机制。
了解MOS管的开通/关断原理后你会发现,使用PMOS作为上管、NMOS作为下管比较方便。而如果选择使用PMOS作为下管、NMOS作为上管,则电路设计会变得复杂,一般情况下意义不大,因此很少采用这种组合方式。
首先来看一下MOS管的基本工作原理:对于NMOS来说,主回路电流的方向是从D极流向S极;导通条件是VGS(栅源电压)有一定的压差,通常为5~10伏特。也就是说,在这种情况下G电位要比S电位高。而对于PMOS而言,其主回路电流方向则是从S到D;同样地,它的导通条件也需要一定的VGS压差,并且这个值通常是负的(比如-5~-10伏特),此时S电位比G电位要高。
假设我们设定一个固定的导通电压为6伏特。如果采用NMOS作为下管,在这种情况下我们可以直接将S极接地,然后让栅极保持在固定电压6V就能保证其处于导通状态;然而当我们要用它做上管时,则会遇到一些问题:此时D端连接到正电源,而S端的电位是不确定的。由于MOS管截止状态下该点为低电平,在导通情况下则接近高电平(即VCC),这使得我们难以确定栅极电压以控制其正确工作。
当然也有办法让NMOS作为上管来使用,但这通常需要一个隔离电源进行控制,并且电路设计会变得更加复杂。相比之下,利用PMOS就可以轻松地解决这个问题而无需增加额外的设计难度。因此,在大多数情况下不会选择这种复杂的解决方案,而是倾向于采用更简单直接的方法。