nmos和pmos区别

NMOS

NMOS英文(wen)全称(cheng)为(wei)N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意(yi)思为(wei)N型金属-氧化物(wu)-半导(dao)体(ti)，而拥有(you)这种(zhong)结构的(de)晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)(guan)我(wo)们称(cheng)之(zhi)为(wei)NMOS晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)(guan)。 MOS晶(jing)体(ti)管(guan)(guan)(guan)(guan)有(you)P型MOS管(guan)(guan)(guan)(guan)和N型MOS管(guan)(guan)(guan)(guan)之(zhi)分。由(you)MOS管(guan)(guan)(guan)(guan)构成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)集成(cheng)(cheng)(cheng)电(dian)路(lu)(lu)称(cheng)为(wei)MOS集成(cheng)(cheng)(cheng)电(dian)路(lu)(lu)，由(you)NMOS组成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)电(dian)路(lu)(lu)就是NMOS集成(cheng)(cheng)(cheng)电(dian)路(lu)(lu)，由(you)PMOS管(guan)(guan)(guan)(guan)组成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)电(dian)路(lu)(lu)就是PMOS集成(cheng)(cheng)(cheng)电(dian)路(lu)(lu)，由(you)NMOS和PMOS两种(zhong)管(guan)(guan)(guan)(guan)子组成(cheng)(cheng)(cheng)的(de)互补MOS电(dian)路(lu)(lu)，即CMOS电(dian)路(lu)(lu)。

PMOS

PMOS是指(zhi)n型衬底、p沟道，靠空(kong)穴的流动运送电流的MOS管。

NMOS和PMOS工作原理

（一(yi)）PMOS工作(zuo)原(yuan)理

P沟(gou)道(dao)MOS晶(jing)(jing)体管的(de)(de)空穴迁移率低，因(yin)而在MOS晶(jing)(jing)体管的(de)(de)几何尺寸(cun)和(he)工(gong)作电(dian)(dian)(dian)压(ya)绝(jue)(jue)对值(zhi)(zhi)相等的(de)(de)情况(kuang)下，PMOS晶(jing)(jing)体管的(de)(de)跨导(dao)小(xiao)(xiao)(xiao)于(yu)N沟(gou)道(dao)MOS晶(jing)(jing)体管。此外，P沟(gou)道(dao)MOS晶(jing)(jing)体管阈值(zhi)(zhi)电(dian)(dian)(dian)压(ya)的(de)(de)绝(jue)(jue)对值(zhi)(zhi)一般(ban)偏高，要(yao)求有(you)较高的(de)(de)工(gong)作电(dian)(dian)(dian)压(ya)。它的(de)(de)供电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)源的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)压(ya)大(da)小(xiao)(xiao)(xiao)和(he)极(ji)性，与(yu)双(shuang)极(ji)型(xing)晶(jing)(jing)体管——晶(jing)(jing)体管逻辑电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)不(bu)兼容。PMOS因(yin)逻辑摆(bai)幅大(da)，充电(dian)(dian)(dian)放电(dian)(dian)(dian)过(guo)程长(zhang)，加之器件(jian)跨导(dao)小(xiao)(xiao)(xiao)，所(suo)以工(gong)作速度更低，在NMOS电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)（见N沟(gou)道(dao)金属(shu)—氧(yang)化(hua)物(wu)—半导(dao)体集成电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)）出现之后，多(duo)数(shu)(shu)已为NMOS电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)所(suo)取代。只是，因(yin)PMOS电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)工(gong)艺简单，价(jia)格便宜(yi)，有(you)些中规(gui)模和(he)小(xiao)(xiao)(xiao)规(gui)模数(shu)(shu)字(zi)控(kong)制电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)仍采用PMOS电(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)技术。

（二）NMOS工作原理

vGS对iD及(ji)沟道的控(kong)制(zhi)作用

① vGS=0 的情况(kuang)

从图(a)可以(yi)看(kan)出，增强(qiang)型MOS管的(de)漏(lou)极(ji)(ji)d和源(yuan)极(ji)(ji)s之间有(you)两个背靠背的(de)PN结(jie)。当栅——源(yuan)电压(ya)vGS=0时，即使加(jia)上漏(lou)——源(yuan)电压(ya)vDS，而且不论vDS的(de)极(ji)(ji)性如何，总有(you)一个PN结(jie)处于反偏(pian)状态，漏(lou)——源(yuan)极(ji)(ji)间没有(you)导电沟道，所(suo)以(yi)这时漏(lou)极(ji)(ji)电流(liu)iD≈0。

② vGS>0 的情况

若vGS>0，则(ze)栅极和衬底之间的(de)(de)SiO2绝(jue)缘层中便产生一个(ge)电(dian)场。电(dian)场方向(xiang)垂直于半(ban)导(dao)体(ti)表面(mian)的(de)(de)由栅极指(zhi)向(xiang)衬底的(de)(de)电(dian)场。这个(ge)电(dian)场能排斥空穴而(er)吸(xi)引电(dian)子。

排(pai)斥(chi)空(kong)穴：使栅极附近的P型衬底(di)中的空(kong)穴被排(pai)斥(chi)，剩下不能(neng)移(yi)动的受主离子(负离子)，形成耗(hao)尽(jin)层。吸引电子：将 P型衬底(di)中的电子（少子）被吸引到衬底(di)表面。

导电沟道的形成(cheng)，当vGS数(shu)值较小(xiao)，吸引(yin)(yin)电(dian)子(zi)的(de)能力(li)不强时，漏——源(yuan)极(ji)之间(jian)仍无导(dao)(dao)电(dian)沟(gou)道(dao)(dao)出现(xian)，如(ru)图(b)所(suo)示。vGS增加时，吸引(yin)(yin)到P衬底表面(mian)层(ceng)的(de)电(dian)子(zi)就(jiu)(jiu)增多，当vGS达到某一(yi)数(shu)值时，这些电(dian)子(zi)在栅极(ji)附近的(de)P衬底表面(mian)便形(xing)成一(yi)个N型(xing)薄层(ceng)，且与两个N+区相连通，在漏——源(yuan)极(ji)间(jian)形(xing)成N型(xing)导(dao)(dao)电(dian)沟(gou)道(dao)(dao)，其导(dao)(dao)电(dian)类型(xing)与P衬底相反，故又称为反型(xing)层(ceng)，如(ru)图(c)所(suo)示。vGS越(yue)(yue)大(da)，作用于(yu)半(ban)导(dao)(dao)体表面(mian)的(de)电(dian)场就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)强，吸引(yin)(yin)到P衬底表面(mian)的(de)电(dian)子(zi)就(jiu)(jiu)越(yue)(yue)多，导(dao)(dao)电(dian)沟(gou)道(dao)(dao)越(yue)(yue)厚，沟(gou)道(dao)(dao)电(dian)阻(zu)越(yue)(yue)小(xiao)。开始(shi)形(xing)成沟(gou)道(dao)(dao)时的(de)栅——源(yuan)极(ji)电(dian)压(ya)(ya)称为开启电(dian)压(ya)(ya)，用VT表示。

上面讨论的N沟道MOS管在vGS

vDS对iD的(de)影响如图(a)所示，当vGS>VT且为一(yi)确定(ding)值时，漏——源电压vDS对导电沟道(dao)及(ji)电流iD的(de)影响与结型(xing)场效应管相似。

漏极电流iD沿沟道产生的电压降使沟道内各点与栅极间的电压不再相等，靠近源极一端的电压最大，这里沟道最厚，而漏极一端电压最小，其值为VGD=vGS－vDS，因而这里沟道最薄。但当vDS较小（vDS

随着(zhe)vDS的增(zeng)(zeng)大，靠近漏极(ji)的沟(gou)道(dao)越(yue)来越(yue)薄，当vDS增(zeng)(zeng)加(jia)到使VGD=vGS－vDS=VT(或vDS=vGS－VT)时(shi)，沟(gou)道(dao)在漏极(ji)一端出现(xian)预夹断，如图(b)所示(shi)。再继续增(zeng)(zeng)大vDS，夹断点将向(xiang)(xiang)源极(ji)方向(xiang)(xiang)移动，如图(c)所示(shi)。由于vDS的增(zeng)(zeng)加(jia)部(bu)(bu)分几乎(hu)(hu)(hu)全部(bu)(bu)降落(luo)在夹断区(qu)，故iD几乎(hu)(hu)(hu)不随vDS增(zeng)(zeng)大而(er)增(zeng)(zeng)加(jia)，管子进入饱和区(qu)，iD几乎(hu)(hu)(hu)仅(jin)由vGS决(jue)定。

NMOS和PMOS的区别

在实(shi)际项目中，我们基本都用增(zeng)强型,分为N沟(gou)道和P沟(gou)道两种(zhong)。

我们常(chang)用的(de)是(shi)NMOS，因(yin)为其导通(tong)电(dian)阻(zu)小，且(qie)容易制造。在(zai)MOS管(guan)原理(li)图上可以看(kan)到，漏(lou)极(ji)(ji)和源(yuan)极(ji)(ji)之间有一个(ge)寄生二(er)极(ji)(ji)管(guan)。这个(ge)叫(jiao)体二(er)极(ji)(ji)管(guan)，在(zai)驱(qu)动感性负载（如马(ma)达），这个(ge)二(er)极(ji)(ji)管(guan)很重要。顺(shun)便(bian)说(shuo)一句，体二(er)极(ji)(ji)管(guan)只在(zai)单(dan)个(ge)的(de)MOS管(guan)中存(cun)在(zai)，在(zai)集成电(dian)路芯片内部通(tong)常(chang)是(shi)没有的(de)，需要具(ju)体看(kan)数据手册(ce)。

1.导通特(te)性(xing)

NMOS的(de)(de)特性，Vgs大于一定的(de)(de)值就(jiu)会导通，适合(he)用于源极(ji)接地时的(de)(de)情况(kuang)（低端驱动(dong)），只要栅极(ji)电压达到4V或10V就(jiu)可以了(le)。

PMOS的(de)(de)特(te)性，Vgs小于一定的(de)(de)值就会导通，适合用(yong)(yong)于源极(ji)接VCC时的(de)(de)情况(kuang)（高(gao)端驱(qu)动(dong)(dong)）。但(dan)是，虽然PMOS可以很(hen)方便地用(yong)(yong)作高(gao)端驱(qu)动(dong)(dong)，但(dan)由(you)于导通电阻(zu)大，价格贵(gui)，替换种类少(shao)等原因，在(zai)高(gao)端驱(qu)动(dong)(dong)中，通常还是使用(yong)(yong)NMOS。

2.MOS开(kai)关管损(sun)失

不管是NMOS还是PMOS，导(dao)(dao)通后都有导(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻存(cun)在(zai)，这样电(dian)(dian)流就会在(zai)这个(ge)电(dian)(dian)阻上消(xiao)耗能(neng)量，这部分消(xiao)耗的能(neng)量叫做导(dao)(dao)通损(sun)耗。选(xuan)择导(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻小的MOS管会减小导(dao)(dao)通损(sun)耗。现在(zai)的小功(gong)率MOS管导(dao)(dao)通电(dian)(dian)阻一般(ban)在(zai)几(ji)十(shi)毫欧左右，几(ji)毫欧的也有。

MOS在(zai)导通和(he)截止的(de)(de)时候，一(yi)定(ding)不是在(zai)瞬(shun)间完成(cheng)的(de)(de)。MOS两(liang)端(duan)的(de)(de)电(dian)压有(you)一(yi)个下降的(de)(de)过程(cheng)，流过的(de)(de)电(dian)流有(you)一(yi)个上升的(de)(de)过程(cheng)，在(zai)这段时间内，MOS管的(de)(de)损(sun)失(shi)(shi)是电(dian)压和(he)电(dian)流的(de)(de)乘积(ji)，叫(jiao)做开关损(sun)失(shi)(shi)。通常(chang)开关损(sun)失(shi)(shi)比导通损(sun)失(shi)(shi)大得多，而且(qie)开关频率越高，损(sun)失(shi)(shi)也越大。

导通瞬间(jian)(jian)电压和电流的乘积很大(da)，造成的损失也就很大(da)。缩(suo)短开(kai)关(guan)(guan)时间(jian)(jian)，可以(yi)减小(xiao)每次导通时的损失；降低开(kai)关(guan)(guan)频(pin)率，可以(yi)减小(xiao)单位(wei)时间(jian)(jian)内的开(kai)关(guan)(guan)次数。这(zhei)两种办(ban)法都可以(yi)减小(xiao)开(kai)关(guan)(guan)损失。

3.MOS管驱动

跟双极性晶(jing)体管(guan)相比，一般(ban)认为使MOS管(guan)导通不需要(yao)电(dian)流，只要(yao)GS电(dian)压高于(yu)一定的(de)值，就可(ke)以了。这个(ge)很容易(yi)做到，但(dan)是(shi)，我(wo)们还需要(yao)速度(du)。

在(zai)MOS管的(de)结构中可(ke)以(yi)(yi)看到，在(zai)GS，GD之间(jian)存在(zai)寄生电(dian)(dian)容(rong)，而MOS管的(de)驱(qu)动，实际上就是(shi)对(dui)电(dian)(dian)容(rong)的(de)充(chong)放电(dian)(dian)。对(dui)电(dian)(dian)容(rong)的(de)充(chong)电(dian)(dian)需要一(yi)个电(dian)(dian)流，因为对(dui)电(dian)(dian)容(rong)充(chong)电(dian)(dian)瞬(shun)间(jian)可(ke)以(yi)(yi)把电(dian)(dian)容(rong)看成(cheng)短路，所以(yi)(yi)瞬(shun)间(jian)电(dian)(dian)流会比较大。选择(ze)/设计MOS管驱(qu)动时(shi)第一(yi)要注(zhu)意的(de)是(shi)可(ke)提供瞬(shun)间(jian)短路电(dian)(dian)流的(de)大小。

第二注(zhu)意的是(shi)(shi)，普遍用于高端驱(qu)动(dong)(dong)的NMOS，导通时(shi)需要是(shi)(shi)栅极(ji)(ji)电(dian)(dian)压大(da)于源(yuan)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压。而(er)高端驱(qu)动(dong)(dong)的MOS管导通时(shi)源(yuan)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压与漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压（VCC）相同(tong)，所以这时(shi)栅极(ji)(ji)电(dian)(dian)压要比(bi)VCC大(da)4V或10V。如果在同(tong)一个系统里，要得到比(bi)VCC大(da)的电(dian)(dian)压，就要专门的升压电(dian)(dian)路(lu)了(le)。很多马(ma)达驱(qu)动(dong)(dong)器都(dou)集(ji)成了(le)电(dian)(dian)荷泵，要注(zhu)意的是(shi)(shi)应该选择合适(shi)的外接电(dian)(dian)容，以得到足够(gou)的短(duan)路(lu)电(dian)(dian)流去驱(qu)动(dong)(dong)MOS管。

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