NMOS管和PMOS管的原理、选型及应用

一、原理介绍

如上图MOS管符号，要注意如果刚学完三极再来看这个会觉得很别扭，记不住，下面与NMOS原理做介绍，PMOS就刚好是相反的。

上图NMOS管是压控型器件，VGS电压大于开启电压时，内部沟道在场强的作用下导通，Vgs电压小于开启电压时，内部沟道截止;

Vgs电压越高，内部场强越大，导通程度越高，导通电阻Ron越小,注意，Vgs电压不能超过芯片允许的极限电压;NMOS管一般作为低端驱动器件，源级S接地。

例如：IRLML2502TRPBF 开启电压在0.6V ~ 1.2V,但是在4.5V的时候才饱和导通，所以在驱动的时候3.3V的CPU，IO可直接驱动就有可能出现问题。

2、（保护）寄生二极管

使用时，要特别注意内部保护二极管。例如，电源接反时，源级S接到了电源正极，此时通过内部寄生二极管导通，如果电源输入没有反接保护，NOMS管有可能烧毁。

2、输入输出电容

使用时，要特别注意GS管脚的等效电容Cgs，控制NMOS管的导通与截止，本质上是控制Cgs电容的充放电（但这个电容一般比较小）；

如果要求NMOS快速导通与截止（高频时影响较大，IRLML2502TRPBF的，VGS电容为740PF），此时需要驱动源能够提供足够大的驱动电流，以提供Cgs电容的瞬间充放电；

如果仅仅作为开关使用，可以串电阻，此时，对驱动源的要求就不高，单片机的IO口(推挽输出时，可以提供20mA的驱动电流)可以直接驱动。

三、选型

1、常用NMOS型号: SI2312DS、BSS138LT1G、BSH103、CSD17313Q2、IRFR4104TRPBF、IRFS23N20DPBF、IRFS4127TRLPBF、IRFS4229PBF、IRLHM620PBF、IRLML2502TRPBF等，型号很多，可以根据需求合理选择；

2、选型依据

①、Ids电流，导通电阻Ron越小，允许的Ids越大；

②、开关速率，详看手册的打开、保持、关闭时间；

③、Vgs开启电压，驱动电压，极限电压；

④、Vds极限电压；

⑤、封装尺寸；

四、常用实例

1、单片机内部IO口

推挽输出电路

PMOS低电平导通，NMOS低电平截止 输出高电平

PMOS高电平截止，NMOS高电平导通，输出低电平

开漏输出电路

开漏输出一般应用在I2C、SMBUS 通讯等需要“线与”功能的总线电路中。除此之外，还用在电平不匹配的场合，如需要输出5 伏的高电平，就可以在外部接一个上拉电阻，上拉电源为5 伏，并且把GPIO 设置为开漏模式，当输出高阻态时，由上拉电阻和电源向外输出5 伏的电平，只要电流够，就可以驱动继电器等。

2、IC内部集成电路

上图 CD4001 IC内部电路介绍一下，左侧的其实就是推挽输出电路对吧，其实也就是一个反向器，对应符号右侧的两个符号，那么上图8-2推挽输出电路和此电路是一样的就可以认为：反向的反向就是同向输出逻辑器件了，这也是非常常用的逻辑电路，另外所有输入均采用CMOS保护网络 管脚对电源和对地加二极管保护。

另外：看一下上图SRAM的电路，也都是MOS管组成的，反向器，锁存器，存储1位数据，原理都是一样P1,P2,N1,N2,就是下面的两个交叉的推挽输出电路,等效两个相互连接的反向器。

4、防反接电路

设计说明：上图我就自手绘涂抹了一下（兼职美工）。

1、巧妙利用内部（寄生）保护二极管。上电时，VIN上正下负，通过内部保护二极管，Vgs电压大于Vth电压，NMOS管完全导通；

2、R11，R12:电阻分压，调整Vgs电压，Vgs电压尽量大，这样，Ron越小，压降越小，损耗越低；设输入12V,控制VGS电压：5V~6V，那么R11:5.6K R12:5.1K,可以正常导通。

3、稳压二极管，防止Vgs电压超过极限电压，选型时参照NMOS器件数据手册启动电压选择,5.1V,或12V的稳压管。

4、当电源接反时，下正上负，NMOS不导通，有效保护后级电路。

5、学以致用，上图所示为PMOS管的防反接电路，原理相同的，就不再介绍。

　　审核编辑：汤梓红