CMOS管是什么?

news/2025/1/2 1:28:04/

CMOS管的英文全称叫做:Complementary Mental Oxide Semiconductor Field Effect Transmetor(互补型金属氧化物半导体场效应管)
由N沟道-MOS-场效应管和P沟道-MOS-场效应管构成,具体电路图如下:
在这里插入图片描述

COMS管的优点:当输入高电平或者低电平,会导致一个管子工作,另一个管子截止,也就是交替工作,所以功耗小。

CMOS管也可以称为反相器,因为当输入高电平,上管截止,下管导通,输出低电平;当输入低电平,上官导通,下管截止,输出高电平,即输入1与输出2的电平相反,逻辑符号如下:
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  1. CMOS管属于场效应管的一种,那么什么叫做场效应管?
    场效应管的英文是:Field Effect Transistor(FET),也可称为绝缘栅型场效应管。在这里插入图片描述

组成:由栅极(Gate)、源极(Source)、漏极(Drain)三个管脚构成。
原理:利用输入回路的电场效应来控制输出回路的电流,也就是通过输入电压来控制输出电流

对比三极管:通过输入电流控制输出电流 场效应管的栅极G、源极S、漏极D分别相当于三极管的b级、e级、c级。 场效应管相比三极管具有输入阻抗高(栅极几乎无电流产生)、噪声低(干扰小)、动态范围大、功耗小等集成优点,可用于小信号放大、功率放大、信号驱动及振荡器中。这些都可以在集成场效应管的数据手册中找到。

  1. 什么是沟道?
    定义:两个P型中间有一条N沟道,使得左右两块P极连在一起,可以导电。
    在这里插入图片描述

  2. 如何判断N沟道和P沟道?
    ①先判断极性
    G级,中间的电极;
    S极,两根线相交或者有箭头的电极;
    D极,单独一根线的电极。
    ②通过箭头来判断沟道类型
    箭头表示PN结方向
    P沟道:红色沟道为P极
    N沟道:红色沟道为N极
    在这里插入图片描述

  3. MOS管工作取决于什么?
    由栅极和源极之间的电压决定是否能产生漏极电流。
    在这里插入图片描述
    下图为NMOS管的特性曲线:
    在这里插入图片描述

由图可知:当NMOS管的栅源两极之间的电压大于开启电压,NMOS管导通,电流方向由D指向S,即正电流。

开启电压和夹断电压是针对不同管子的说法
开启电压.Ugs(th):指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚好导通时的栅极电压。

夹断电压Ugs(off):指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚好截止时的栅极电压。

下图为P沟道MOS管的特性曲线
在这里插入图片描述
由图可知,相比NMOS管,PMOS管就是反着来,产生的电流也是负向的,由D指向S,即反电流。

总结一下:

NMOS的特性,Ugs大于一定的值Ugs(th)就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性,Ugs小于一定的值Ugs(th)就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。

所以两种类型管子导通时的电流方向如下:

在这里插入图片描述

场效应管工作时,栅极具有极高的阻抗,因此栅极几乎没有电流产生,导致漏极电流等于源极电流。

  1. 耗尽型与增强型MOS管的区别是什么?
    ①耗尽型MOS管在G端(Gate)不加电压时有导电沟道存在,而增强型MOS管只有在开启后,才会出现导电沟道;
    ②两者的控制方式也不一样,耗尽型MOS管的VGS(栅极电压)可以用正、零、负电压控制导通,而增强型MOS管必须使得VGS>VGS(th)(栅极阈值电压)才行;
    ③图形符号区别就是增强型中间竖线是分割开的,也就代表了没有导电沟道。

最后再介绍一下结型场效应管
在这里插入图片描述
N型结型场效应管特性曲线:
在这里插入图片描述
仿真图:
在这里插入图片描述

这里我只是简单介绍下MOS管的基本知识,内部所涉及的空穴与电子的运动这些没有讲解,写它的目的主要是学习STM32时,涉及到了COMS管,所以想要了解下,作为拓展。
这里我们只要知道MOS管大概是干什么的,如何让它正常工作,会用就可以,至于内部原理不用深究,那是硬件攻城狮该干的。

作者能力水平有限,文章难免存在错误和纰漏,请大佬不吝赐教,非常欢迎大家与小白杨进行技术交流,希望在此能遇到志同道合的朋友,一起学习技术。


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