pmos和nmos的工作原理 MOS应用电路设计
一、简介
mos管，是mosfet的缩写。mosfet金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, mosfet）。
其中，g是栅极，s是源极，d是漏极。
二、常见的nmos和pmos的原理与区别
nmos
nmos英文全称为n-metal-oxide-semiconductor。意思为n型金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为nmos晶体管。mos晶体管有p型mos管和n型mos管之分。由mos管构成的集成电路称为mos集成电路，由nmos组成的电路就是nmos集成电路，由pmos管组成的电路就是pmos集成电路，由nmos和pmos两种管子组成的互补mos电路，即cmos电路。
pmos
pmos是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的mos管。
nmos和pmos工作原理
p沟道mos晶体管的空穴迁移率低，因而在mos晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，pmos晶体管的跨导小于n沟道mos晶体管。此外，p沟道mos晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性，与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。pmos因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在nmos电路（见n沟道金属—氧化物—半导体集成电路）出现之后，多数已为nmos电路所取代。只是，因pmos电路工艺简单，价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用pmos电路技术。
三、mos管应用分析
1.导通特性
nmos的特性，vgs大于一定的值就会导通，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，vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接vcc时的情况（高端驱动）。但是，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。
2.mos开关管损失
不管是nmos还是pmos，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的mos管会减小导通损耗。现在的小功率mos管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。
mos在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。mos两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，mos管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越高，损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
3.mos管驱动
跟双极性晶体管相比，一般认为使mos管导通不需要电流，只要gs电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
在mos管的结构中可以看到，在gs，gd之间存在寄生电容，而mos管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计mos管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驱动的nmos，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的mos管导通时源极电压与漏极电压（vcc）相同，所以这时栅极电压要比vcc大4v或10v。如果在同一个系统里，要得到比vcc大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动mos管。
四、mos应用电路设计
在实际项目中，我们基本都用增强型，分为n沟道和p沟道两种。
我们常用的是nmos，因为其导通电阻小，且容易制造。在mos管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管，在驱动感性负载（如马达），这个二极管很重要。顺便说一句，体二极管只在单个的mos管中存在，在集成电路芯片内部通常是没有的，需要具体看数据手册。
了解mos管的开通/关断原理你就会发现，使用pmos做上管、nmos做下管比较方便。使用pmos做下管、nmos做上管的电路设计复杂，一般情况下意义不大，所以很少采用。
下面先了解mos管的开通/关断原理，请看下图：
nmos管的主回路电流方向为d→s，导通条件为vgs有一定的压差，一般为5~10v（g电位比s电位高）；而pmos管的主回路电流方向为s→d，导通条件为vgs有一定的压差，一般为-5~-10v（s电位比g电位高），下面以导通压差6v为例。
nmos管
使用nmos当下管，s极直接接地（为固定值），只需将g极电压固定值6v即可导通；若使用nmos当上管，d极接正电源，而s极的电压不固定，无法确定控制nmos导通的g极电压，因为s极对地的电压有两种状态，mos管截止时为低电平，导通时接近高电平vcc。当然nmos也是可以当上管的，只是控制电路复杂，这种情况必须使用隔离电源控制，使用一个pmos管就能解决的事情一般不会这么干，明显增加电路难度。
pmos管
使用pmos当上管，s极直接接电源vcc，s极电压固定，只需g极电压比s极低6v即可导通，使用方便；同理若使用pmos当下管，d极接地，s极的电压不固定（0v或vcc），无法确定控制极g极的电压，使用较麻烦，需采用隔离电压设计。
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nmos英文全称为n-metal-oxide-semiconductor。意思为n型金属-氧化物-半导体，而拥有这种结构的晶体管我们称之为nmos晶体管。mos晶体管有p型mos管和n型mos管之分。由mos管构成的集成电路称为mos集成电路，由nmos组成的电路就是nmos集成电路，由pmos管组成的电路就是pmos集成电路，由nmos和pmos两种管子组成的互补mos电路，即cmos电路。
pmos
pmos是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的mos管。
nmos和pmos工作原理
p沟道mos晶体管的空穴迁移率低，因而在mos晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下，pmos晶体管的跨导小于n沟道mos晶体管。此外，p沟道mos晶体管阈值电压的绝对值一般偏高，要求有较高的工作电压。它的供电电源的电压大小和极性，与双极型晶体管——晶体管逻辑电路不兼容。pmos因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在nmos电路（见n沟道金属—氧化物—半导体集成电路）出现之后，多数已为nmos电路所取代。只是，因pmos电路工艺简单，价格便宜，有些中规模和小规模数字控制电路仍采用pmos电路技术。
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1.导通特性
nmos的特性，vgs大于一定的值就会导通，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，vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接vcc时的情况（高端驱动）。但是，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。
2.mos开关管损失
不管是nmos还是pmos，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的mos管会减小导通损耗。现在的小功率mos管导通电阻一般在几十毫欧左右，几毫欧的也有。
mos在导通和截止的时候，一定不是在瞬间完成的。mos两端的电压有一个下降的过程，流过的电流有一个上升的过程，在这段时间内，mos管的损失是电压和电流的乘积，叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多，而且开关频率越高，损失也越大。
导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损失也就很大。缩短开关时间，可以减小每次导通时的损失；降低开关频率，可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。
3.mos管驱动
跟双极性晶体管相比，一般认为使mos管导通不需要电流，只要gs电压高于一定的值，就可以了。这个很容易做到，但是，我们还需要速度。
在mos管的结构中可以看到，在gs，gd之间存在寄生电容，而mos管的驱动，实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流，因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路，所以瞬间电流会比较大。选择/设计mos管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。
第二注意的是，普遍用于高端驱动的nmos，导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的mos管导通时源极电压与漏极电压（vcc）相同，所以这时栅极电压要比vcc大4v或10v。如果在同一个系统里，要得到比vcc大的电压，就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意的是应该选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流去驱动mos管。
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使用pmos当上管，s极直接接电源vcc，s极电压固定，只需g极电压比s极低6v即可导通，使用方便；同理若使用pmos当下管，d极接地，s极的电压不固定（0v或vcc），无法确定控制极g极的电压，使用较麻烦，需采用隔离电压设计。
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