MOS管電路工作原理精講

.,電路符號,1.電路符號篇,.,開始之前，一個小測試：,電路符號,G（柵極）呢？,請回答：哪個腳是S（源極）？,哪個腳是D（漏極）？,是P溝道還是N溝道MOS？,如果接入電路，D極和S極，哪一個該接輸入，哪個接輸出？,你答對了嗎？,.,再來一個，試試看：,電路符號,G（柵極）呢？,哪個腳是S（源極）？,哪個腳是D（漏極）？,是P溝道還是N溝道MOS？依據(jù)是什么？,如果接入電路，D極和S極，哪一個該接輸入，哪個接輸出？,這次怎么樣？,.,電路符號,1三個極怎么判定？,MOS管符號上的三個腳的辨認(rèn)要抓住關(guān)鍵地方。,D極，不論是P溝道還是N溝道，是單獨引線的那邊。,S極,G極,D極,G極，不用說比較好認(rèn)。,S極，不論是P溝道還是N溝道，兩根線相交的就是；,.,電路符號,2他們是N溝道還是P溝道？,三個腳的極性判斷完后，接下就該判斷是P溝道還是N溝道了：,箭頭指向G極的是N溝道,N溝道MOSFET,.,電路符號,箭頭背向G極的是P溝道,當(dāng)然也可以先判斷溝道類型，再判斷三個腳極性。,P溝道MOSFET,.,電路符號,S極,G極,D極,小測試：先判斷是什么溝道，再判斷三個腳極性。,S極,G極,D極,P溝道MOSFET,N溝道MOSFET,.,電路符號,3寄生二極管的方向如何判定？,接下來，是寄生二極管的方向判斷：,S極,G極,D極,N溝道,S極,G極,D極,P溝道,它的判斷規(guī)則就是：N溝道，由S極指向D極；P溝道，由D極指向S極。,.,電路符號,S極,G極,D極,N溝道,S極,G極,D極,P溝道,上面方法不太好記，一個簡單的識別方法是：,（想像DS邊的三節(jié)斷續(xù)線是連通的）,不論N溝道還是P溝道MOS管，中間襯底箭頭方向和寄生二極管的箭頭方向總是一致的：要么都由S指向D，要么都由D指向S。,.,0V,5V,電路符號,4它能干嗎用呢？,在我們天天面對的筆記本主板上，MOS管有兩大作用：開關(guān)作用；隔離作用。,此處電壓被拉低,開關(guān)作用(1):PQ27控制腳為低電平,.,電路符號,此處電壓不被拉低,3V,GND,0V,開關(guān)作用(1):PQ27控制腳為高電平,.,電路符號,以上MOS開關(guān)實現(xiàn)的是信號切換（高低電平切換）。再來看個MOS開關(guān)實現(xiàn)電壓通斷的例子吧。,由+1.5V_SUS產(chǎn)生+1.5V電路（1）,0V,0V,.,電路符號,MOS開關(guān)實現(xiàn)電壓通斷的例子：,由+1.5V_SUS產(chǎn)生+1.5V電路（2）,+15V,+1.5V,.,電路符號,看過前面的例子，你能總結(jié)出“MOS管用做開關(guān)時在電路中的連接方法”嗎？,其實關(guān)鍵就是：確定哪一個極連接輸入端；哪個極連接輸出端?？刂茦O電平為“？V”時MOS管導(dǎo)通（飽和導(dǎo)通）？控制極電平為“？V”時MOS管截止？,回顧前面的例子，你找到它們的規(guī)律了嗎？,小提示：MOS管中的寄生二極管方向是關(guān)鍵。,.,電路符號,小結(jié)：“MOS管用作開關(guān)時在電路中的連接方法”,NMOS管：D極接輸入；S極接輸出。,PMOS管：S極接輸入；D極接輸出。,輸入端,輸入端,輸出端,輸出端,導(dǎo)通時,導(dǎo)通時,.,電路符號,反證：,NMOS管正確接法：D極接輸入；S極接輸出。,PMOS管正確接法：S極接輸入；D極接輸出。,輸入,假如：S接輸入，D接輸出呢？,輸出,由于寄生二極管直接導(dǎo)通，因此S極電壓可以無條件到D極，MOS管就失去了開關(guān)的作用。,假如反接：D接輸入，S接輸出。,輸入,輸出,同樣失去了開關(guān)作用。,.,電路符號,小結(jié)：“MOS管的開關(guān)條件”,前面解決了MOS管的接法問題，接下來談?wù)凪OS管的開關(guān)條件：控制極電平為“？V”時MOS管導(dǎo)通（飽和導(dǎo)通）？控制極電平為“？V”時MOS管截止？,這個問題涉及到MOS管原理，我們這里不談，只記結(jié)果：,不論N溝道還是P溝道MOS管，G極電壓都是與S極做比較。,N溝道：UGUS時導(dǎo)通。（簡單認(rèn)為）UG=US時截止。,P溝道：UGUS時導(dǎo)通。（簡單認(rèn)為）UG=US時截止。,但UG比US大（或?。┒嗌俜鼤rMOS管才會飽和導(dǎo)通呢？,.,電路符號,UG比US大（或?。┒嗌俜鼤rMOS管才會飽和導(dǎo)通呢？,這要看具體的MOS管，不同MOS管需要的壓差不同。,飽和導(dǎo)通問題：,在筆記本主板上用到的NMOS可簡單分作兩大類：信號切換用MOS管：UG比US大3V-5V即可，實際上只要導(dǎo)通即可，不必須飽和導(dǎo)通。比如常見的：2N7002，2N7002E，2N7002K，2N7002D，F(xiàn)DV301N。電壓通斷用MOS管：UG比US應(yīng)大于10V以上，而且開通時必須工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)。常見的有：AOL1448，AOL1428A，AON7406，AON7702，MDV1660，AON6428L，AON6718L，AO4496，AO4712，AO6402A，AO3404，SI3456DDV，MDS1660URH，MDS2662URH，RJK0392DPA，RJK03B9DP。,PMOS管則和NMOS條件剛好相反。,.,電路符號,示例1：,0V,3V,NMOS管：2N7002E,5V,作用：信號切換（開關(guān)）常用接法：S極接地，US=0V。截止條件：UG=US=0V。導(dǎo)通條件：UG比US大3V-5V即可，UG=3V。,.,電路符號,示例2：,+15V,NMOS管：AON7406,5V,作用：電壓通斷（開關(guān)）常用接法：D極接輸入，UD=5V。S極接輸出。截止條件：UG=US=0V。導(dǎo)通條件：UG比US大10V以上，UG=US+10V=15V。（導(dǎo)通時，US=5V）,0V,5V,.,S極,G極,D極,電路符號,示例3：,+6V,PMOS管：AOD425,+19V,作用：電壓通斷（開關(guān)）常用接法：S極接輸入，US=19V。D極接輸出。截止條件：UG=US=19V。導(dǎo)通條件：UG比US小10V以上，UG=US-13V=6V。,0V,+19V,+19V,.,電路符號,如果我們想實現(xiàn)線路上電流的單向流通，比如只讓電流由A-B，阻止由B-A請問可以怎么做？,方法1：加入一個二級管,隔離作用：,.,方法2：加入MOS管,電路符號,所以，所謂的MOS管的隔離作用，其實質(zhì)也就是實現(xiàn)電路的單向?qū)?，它就相?dāng)于一個二級管。,此處MOS管實現(xiàn)的功能就是：隔離作用。,但在電路中我們常用隔離MOS，是因為：使用二級管，導(dǎo)通時會有壓降，會損失一些電壓。而使用MOS管做隔離，在正向?qū)〞r，在控制極加合適的電壓，可以讓MOS管飽和導(dǎo)通，這樣通過電流時幾乎不產(chǎn)生壓降。,.,電路符號,示例1：,PMOS管：AOL1413,作用：隔離,19V,5V,接地,19V,19V,6V,19V,19V,隔離,大家有興趣可分析一下：拔掉適配器后只用電池供電時AOL1413的工作情況，試試吧！,.,筆記本電腦中用到的隔離MOS管只有兩個。下面我們來分步討論一下它的原理，為了方便，隔離MOS管都用二級管代替表示。,筆記本主板上的隔離，其實質(zhì)是將適配器電壓（+19V）和電池電壓（+12V左右）分隔開來。不讓它們直接相通。但又能在拔除任意一種電源時，保證電腦都有持續(xù)的供電，實現(xiàn)電源無縫切換。,電路符號,VIN,19V,19V,隔離,1.只用適配器時,.,電路符號,VIN,12V,12V,隔離,2.只用電池時,問題：為什么在不用適配器時，還要用Q1隔離12V呢？,Q1,Q2,我找到的一種解釋是：人們在使用筆記本電腦時，經(jīng)常會同時插上適配器和電池。如果遇到電網(wǎng)停電，筆記本會自動切換到電池12V供電。這個時候適配器雖然不再供電，但仍相連在筆記本上。如果沒有Q1隔離，12V電壓會直接進入適配器內(nèi)部的輸出電路，有可能燒毀適配器。這一解釋自己沒有做過驗證，大家可以討論一下對與錯。,.,電路符號,19V,12V,19V,隔離,3.適配器+電池,問題：如果不用Q2隔離，同時插上適配器和電池會怎樣？,現(xiàn)象是：大電流。當(dāng)然這只有在維修穩(wěn)壓電源上才可以看到：電流直接達(dá)到穩(wěn)壓電源的最大值6A以上，短路燈狂閃。,電池充電不就是用較高的電壓加到電池上來進行的嗎？那么，你覺得，為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢？,.,電路符號,討論：“不用Q2隔離，或者是Q2被擊穿短路時大電流的原因”,電池電壓一般是在12V以下，我們就將其看作12V。19V電源呢，我們也可以當(dāng)作一個大電池，那么一個19V的電池和一個12V的電池如下相連，導(dǎo)線中電流會是多少呢？,?A,經(jīng)過兩次等效，就相當(dāng)于將一根導(dǎo)線兩端接到7V電池的兩端。,.,電路符號,導(dǎo)線的電阻極小，如果我們認(rèn)為它是0.1歐姆。那么在導(dǎo)線中流過的電流會是多少：,?A,電流=,穩(wěn)壓電源的最大電流一般是6A左右，所以會出現(xiàn)大電流報警。,而正常的電池充電電壓是經(jīng)過芯片精密控制的，一般只比電池實際電壓高出一點點，以保證電流不會過大造成電池過分發(fā)熱。,當(dāng)Q2隔離管擊穿短路后，長時間的超負(fù)荷工作，極有可能損壞適配器。,.,電路符號,MOS管作用總結(jié)：,（結(jié)合寄生二極管）,如果MOS管用作開關(guān)時，（不論N溝道還是P溝道），一定是寄生二極管的負(fù)極接輸入邊，正極接輸出端或接地。否則就無法實現(xiàn)開關(guān)功能了。所以，N溝道一定是D極接輸入，S極接輸出或地。P溝道則相反，一定是S極接輸入，D極接輸出。,如果MOS管用作隔離時，（不論N溝道還是P溝道），寄生二極管的方向一定是和主板要實現(xiàn)的單向?qū)ǚ较蛞恢?。筆記本主板上用PMOS做隔離管的最常見，但也有極少的主板用NMOS來實現(xiàn)。,.,電路符號,5做個挑錯游戲吧,有沒有發(fā)現(xiàn)過筆記本電路圖上的MOS管也有畫錯的？,通過前面的學(xué)習(xí)，我們來做個挑錯游戲吧，看看你能發(fā)現(xiàn)多少錯誤？,圖1,.,電路符號,圖2,兩張截圖里，你發(fā)現(xiàn)了幾處錯誤？,答案在文檔最后面。,.,實物,實物篇,.,實物,看看這些MOS管：,呵呵，都是很常見的吧？,G（柵極）呢？,能告訴大家，哪個腳是S（源極）嗎？,哪個腳是D（漏極）？,是P溝道還是N溝道MOS？呵呵，這個有點難哦。,給你萬用表，怎么測量MOS管是好是壞呢？,.,實物,1如何分辨三個極？,首先，來看看常見的SO-8封裝MOS管吧。,共有八個腳，顯然會有幾個腳內(nèi)部是相連的。,第1步：請確定MOS管PIN1（第一腳）,方法：芯片上會用一個小圓點標(biāo)示出PIN1，它一般會在芯片的左下角。,第2步：請確定MOS管其他腳,方法：從PIN1開始，逆時針方向依次為2，3，.6，7，8腳。,.,實物,第3步：請確定三個極。,D極單獨位于一邊，而G極是第4PIN。剩下的3個腳則是S極。它們的位置是相對固定的，記住這一點很有用。,請注意：不論NMOS管還是PMOS管，上述PIN腳的確定方法都是一樣的。,看看我們常見的NMOS管4816：,假如MOS管表面磨損，或是無法辨認(rèn)PIN1的標(biāo)記圓點，你可以用什么方法確認(rèn)PIN1腳，以及G極，D極和S極？拿出萬用表，試試吧！,.,實物,再來看看相似的DFN封裝MOS管：,外形上來看，DNF封裝的MOS管仍舊有8個腳，但已經(jīng)變成貼片形式，節(jié)約了高度，散熱性能更好些。但其PIN腳極性還是一樣排列。,還有UltraSO-8封裝的MOS管：,UltraSO-8封裝的MOS管相對DFN封裝厚度上有點增加，PIN1,2,3直接相連成為S極。,.,實物,接下來，看看6個腳的TSOP-6封裝MOS管：,PIN1,2,5,6為D極；PIN3為G極；PIN4為S極。,同樣是6個腳，的SOT-363封裝MOS管則為雙MOS管：,.,實物,最后，3PIN腳的MOS管：（1）SOT-23,PIN1為G極；PIN2為S極；PIN3為D極。但請大家特別注意：主板上標(biāo)示的PIN1與PIN2腳與此剛好顛倒了。主板圖紙上也是如此。而且，似乎作為一種錯誤的習(xí)慣被保持了下來。,另外一種3PIN腳的MOS管：（2）TO-252,常見型號有:AOD425,.,實物,先從簡單的開始，拿最常見的3PIN腳MOS管（SOT-23）講起。,2它是N溝道還是P溝道的呢？,由上一小節(jié)內(nèi)容，我們可以立即找到MOS管的G,S,D三極。,紅表筆（+極）接D極，黑表筆（-極）接S極：如果，二極體值低于0.700V以下。,接下來，將萬用表調(diào)到“二極體檔”。,黑表筆（-極）接D極，紅表筆（+極）接S極：二極體值高于1.200V以上。,則可以判斷，此MOS管=為PMOS管。,0.620V,1.220V,交換表筆：,.,實物,過程如下：,紅表筆（+極）接D極，黑表筆（-極）接S極：如果，二極體值高于1.200V以上。,萬用表調(diào)至“二極體檔”。,黑表筆（-極）接D極，紅表筆（+極）接S極：二極體值低于0.700V以下。,則此MOS管=為NMOS管。,0.620V,1.490V,交換表筆：,如果兩次測量的結(jié)果相反。則=為NMOS管。,.,實物,判斷溝道的方法已經(jīng)介紹了，接下來簡單談下依據(jù)。,MOS管（絕緣柵增強型）的G極與S極、D極之間絕緣；而S極與D極在沒有導(dǎo)通之前內(nèi)阻很大，也可以簡單認(rèn)為是斷開的。因此，G，D，S之間用二極體檔測量時，應(yīng)該是兩兩都不相通。,以上是在沒有考慮MOS管內(nèi)部的寄生二極管的前提下得出的結(jié)論。,而實際上，在測量判斷溝道類型時，這個存在于DS極之間的體內(nèi)二極管（寄生二極管）才是關(guān)鍵！,換句話說，我們量的就是這個寄生二極管。,導(dǎo)通,截止,0.620V,1.770V,交換表筆：,NMOS,.,實物,3PIN腳的說過了，再來看看6PIN腳的MOS管（TSOP-6封裝）：,由上一小節(jié)我們知道，只要知道MOS的第一腳PIN1，那我們就可以通過三極與PIN腳間的對應(yīng)關(guān)系（如右圖）立即判斷出G，D，S極。,但假如，MOS管無法辨認(rèn)PIN1怎么辦？（比如表面污損）,不管怎樣，三極首先得辨認(rèn)，之后才是判斷N溝道或P溝道的問題。,接下來，我們就不妨先說說：在PIN1無法辨認(rèn)的情況下，如何靠萬用表判斷三極。,判斷原則：6PIN中相通的4PIN是D極。之后，對照右上圖確定出G極，S極。,要么,S,G,要么,G,S,4,5,6,1,2,3,3,4,2,5,1,6,.,實物,G極，D極和S極知道后，N溝道P溝道的判斷方法和前面還是一樣：,1.850V,0.530V,交換表筆：,=為NMOS管。,.,實物,測量的二極體值相反時，為PMOS管：,0.450V,1.560V,交換表筆：,=為PMOS管。,.,實物,DFN封裝和UltraSO-8封裝的MOS管因為外形獨特，一眼即可辨認(rèn)D極，其他兩極也就好依從判斷，用不著萬用表。至于溝道類型的判斷，方法和前面一樣，就不再羅嗦了。,讓我們直接進入SO-8封裝MOS管環(huán)節(jié)吧。,還是先來看看：MOS管無法用眼睛辨認(rèn)PIN1時，怎樣用萬用表找G、D、S極？,判斷原則：單邊4PIN全通的是D極。之后，對照下圖確定出G極，S極。,0.000V,如果大家足夠細(xì)心，根據(jù)MOS管有一邊存在小小的倒角，仍然能確定PIN1。,1PIN,.,實物,SO-8封裝MOS管溝道類型的判斷，方法和前面一樣，不再詳述。,至于最后一種MOS管：SOT-363封裝雙MOS管因為它的對稱性，只要正面朝向自己，無論怎樣擺放，左下角都可以認(rèn)為是PIN1。,1PIN,1PIN,所以呀，在主板上更換這種MOS管時，完全不用擔(dān)心裝反的問題。即使裝反了，一樣可以正常使用。,三極腳位好判斷，溝道類型判斷還是和前面一樣。,.,實物,測量的注意事項：,以上都是在MOS管沒有被接入任何電路的情形下，進行的測量。,如果MOS管在板時進行測量，測量的值會受到所在電路的影響，有可能會誤導(dǎo)判讀。建議在板測量出異常時，最好取下進行一次復(fù)判。,測量前，最好用表筆金屬針頭部分短接MOS管G極與S極，以釋放MOS管G極可能殘留的靜電電荷。因為G極如果存在靜電電壓可能會造成D與S極處于導(dǎo)通狀態(tài)，而引起誤判。,我們這里測量用的是數(shù)字萬用表。（當(dāng)調(diào)至“二極管檔”時，紅表筆是正極（+），黑表筆是