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MOS管电路工作原理精讲PPT


电路符号

1.电路符号 篇

电路符号

开始之前,一个小测试:
请回答: 哪个脚是S(源极)?
哪个脚是D(漏极)? G(栅极)呢? 是P沟道还是N沟道MOS? 如果接入电路, D极和S极,哪一个该接输 入,哪个接输出? 你答对了吗?

电路符号

再来一个,试试看:
哪个脚是S(源极)?

哪个脚是D(漏极)?
G(栅极)呢? 是P沟道还是N沟道MOS? 依据是什么? 如果接入电路, D极和S极,哪一个该接输 入,哪个接输出? 这次怎么样?

电路符号 1 三个极怎么判定 ?

MOS管符号上的三个脚的辨认要抓住关键地方 。
S极
G极,不用说比较好认。 S极, 不论是P沟道还是N沟道, 两根线相交的就是;

G极

D极

D极, 不论是P沟道还是N沟道, 是单独引线的那边。

电路符号 2 他们是N沟道还是P沟道?

三个脚的极性判断完后,接下就该判断是P沟道还是N沟道了:
S极

N沟道MOSFET
G极

箭头指向G极的是N沟道
D极

电路符号
S极

P沟道MOSFET
G极 箭头背向G极的是P沟道 D极

当然也可以先判断沟道类型,再判断三个脚极性。

电路符号
小测试: 先判断是什么沟道,再判断三个脚极性。

G极 1 D极 2 3 S极 S极

1

2

D极

3

G极

P沟道MOSFET

N沟道MOSFET

电路符号 3 寄生二极管的方向如何判定?
S极
S极

接下来,是寄生二极管的方向判断: 寄生二极管

G极

N沟道

G极

P沟道

D极 它的判断规则就是:

D极 N沟道,由S极指向D极; P沟道,由D极指向S极。

电路符号
S极 上面方法不太好记, 一个简单的识别方法是: (想像DS边的三节断续线是连通的) D极 S极 不论N沟道还是P沟道MOS管, 中间衬底箭头方向和寄生二极管的箭 头方向总是一致的:

G极

N沟道

G极

P沟道

要么都由S指向D, 要么都由D指向S。

D极

电路符号 4 它能干吗用呢?
此处电压 被拉低

在我们天天面对的笔记本主板上, MOS管有两大作用:
开关作用 (1): 1. 开关作用; PQ27控制脚为低电平
0V

2. 隔离作用。

5V
导通

截止

电路符号
此处电压

开关作用(1):
PQ27控制脚为高电平
GND

不被拉低

3V

导通

0V

截止

电路符号
以上MOS开关实现的是信号切换(高低电平切换)。 再来看个MOS开关实现电压通断的例子吧。

截止

0V

0V

由+1.5V_SUS产生+1.5V电路(1)

电路符号
MOS开关实现电压通断的例子:

导通

+1.5V

+15V

由+1.5V_SUS产生+1.5V电路(2)

电路符号
看过前面的例子,你能总结出“MOS管用做开关时在电路 中的连接方法”吗?

其实关键就是: 确定哪一个极连接输入端;哪个极连接输出端。 控制极电平为“ ?V ” 时MOS管导通(饱和导通)? 控制极电平为“ ?V ” 时MOS管截止?
回顾前面的例子,你找到它们的规律了吗? 小提示: MOS管中的寄生二极管方向是关键。

电路符号
小结:“MOS管用作开关时在电路中的连接方法”
NMOS管: PMOS管:

D极接输入; S极接输出。
输出端

S极接输入; D极接输出。
输入端
S极 G极

S极 G极

N沟道
D极

P沟道
D极

输入端

输出端

导通时

导通时

电路符号
反证:
NMOS管正确接法:

D极接输入;S极接输出。
假如:

PMOS管正确接法:

S极接输入;D极接输出。
假如反接:

S接输入,D接输出呢?
输入
S极 G极

D接输入,S接输出。
输出
S极
G极

N沟道
D极

P沟道
D极

输出

输入 同样失去了开关作用。

由于寄生二极管直接导通,因此 S极电压可以无条件到D极,MOS 管就失去了开关的作用。

电路符号
小结:“MOS管的开关条件” 前面解决了MOS管的接法问题,接下来谈谈MOS管的 开关条件: 控制极电平为“ ?V ” 时MOS管导通(饱和导通)? 控制极电平为“ ?V ” 时MOS管截止?

这个问题涉及到MOS管原理,我们这里不谈,只记结果:
不论N沟道还是P沟道MOS管, G极电压都是与S极做比较。 N沟道: UG>US时导通。 (简单认为)UG=US时截止。 P沟道: UG<US时导通。 (简单认为)UG=US时截止。

但UG比US大(或小)多少伏时MOS管才会饱和导通呢?

电路符号

饱和导通问题:

UG比US大(或小)多少伏时MOS管才会饱和导通呢? 这要看具体的MOS管,不同MOS管需要的压差不同。 在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类: 信号切换用MOS管: UG比US大3V---5V即可,实际上只 要导通即可,不必须饱和导通。 比如常见的:2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。 电压通断用MOS管: UG比US应大于10V以上,而且开通 时必须工作在饱和导通状态。 常见的有:AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702, MDV1660,
AON6428L,AON6718L,AO4496,AO4712,AO6402A,AO3404,SI3456DDV, MDS1660URH,MDS2662URH,RJK0392DPA,RJK03B9DP。

PMOS管则和NMOS条件刚好相反。

电路符号
示例1: NMOS管: 2N7002E 作用: 信号切换(开关) 常用接法: S极接地,US=0V。 截止条件: UG=US=0V。

D极 G极

0V 5V

3V

导通

S极

导通条件: UG比US大3V---5V即可, UG=3V。

电路符号
示例2: NMOS管: AON7406

作用: 电压通断(开关)
常用接法: D极接输入,UD=5V。 S极接输出。 截止条件: UG=US=0V。 导通条件: UG比US大10V以上, UG=US+10V=15V。 (导通时,US=5V)

D极

5V
导通

+15V

G极

0V 5V S极

电路符号
示例3: PMOS管: AOD425
+19V S极 +6V +19V

作用: 电压通断(开关)

常用接法: S极接输入,US=19V。 D极接输出。
截止条件: UG=US=19V。

G极

导通

D极

+19V 0V

导通条件: UG比US小10V以上, UG=US-13V=6V。

电路符号
隔离作用: 如果我们想实现线路上电流的单向流通, 比如只让电流由A-?B,阻止由B-?A 请问可以怎么做?
A B

方法1:加入一个二级管
A B

电路符号
方法2:加入MOS管

A

B

此处MOS管实现的功能就是:隔离作用。 所以,所谓的MOS管的隔离作用,其实质也就是实现电路 的单向导通,它就相当于一个二级管。 但在电路中我们常用隔离MOS,是因为: 使用二级管,导通时会有压降,会损失一些电压。而使用 MOS管做隔离,在正向导通时,在控制极加合适的电压,可以 让MOS管饱和导通,这样通过电流时几乎不产生压降。

电路符号

示例1:
19V

PMOS管: AOL1413

作用: 隔离

Adapter

19V
接地

6V 19V 5V
导通

截止 导通

19V

隔离
19V

BAT

大家有兴趣可分析一下:拔掉适配器后只用电池供电时AOL1413的工作情况,试试吧!

电路符号
笔记本主板上的隔离,其实质是将适配器电压(+19V) 和电池电压(+12V左右)分隔开来。不让它们直接相通。 但又能在拔除任意一种电源时,保证电脑都有持续的供电,实 现电源无缝切换。 笔记本电脑中用到的隔离MOS管只有两个。 下面我们来分步讨论一下它的原理,为了方便,隔离MOS 管都用二级管代替表示。 19V
Adapter

19V VIN

隔离

1. 只用适配器时

电路符号
隔离

Q1
BAT

12V VIN

12V Q2 2. 只用电池时

问题:为什么在不用适配器时,还要用Q1隔离12V呢?
我找到的一种解释是: 人们在使用笔记本电脑时,经常会同时插上适配器和电池。如果遇到 电网停电,笔记本会自动切换到电池12V供电。这个时候适配器虽然不再 供电,但仍相连在笔记本上。 如果没有Q1隔离,12V电压会直接进入适配器内部的输出电路,有可能 烧毁适配器。 这一解释自己没有做过验证,大家可以讨论一下对与错。

电路符号
Q1
19V
Adapter

Q2
BAT

19V

12V

隔离

3. 适配器+电池

问题:如果不用Q2隔离,同时插上适配器和电池会怎样?
现象是: 大电流。 当然这只有在维修稳压电源上才可以看到:电流直接达到 稳压电源的最大值6A以上,短路灯狂闪。 电池充电不就是用较高的电压加到电池上来进行的吗? 那么,你觉得,为什么会出现这样的现象呢?

电路符号
讨论:“不用Q2隔离,或者是Q2被击穿短路时大电流的原因”
电池电压一般是在12V以下,我们就将其看作12V。19V电 源呢,我们也可以当作一个大电池,那么一个19V的电池和一 个12V的电池如下相连,导线中电流会是多少呢?

7V 0V 19V

?A
7V

12V

19V

12V

经过两次等效,就相当于将一根导线两端接到7V电池的两端。

电路符号
导线的电阻极小,如果我们认为 它是0.1欧姆。那么在导线中流过的 电流会是多少:
7V

?A

7 ? 70?? ? 电流= 0 .1

稳压电源的最大电流一般是6A左右,所以会出现大电流报警。 而正常的电池充电电压是经过芯片精密控制的,一般只比 电池实际电压高出一点点,以保证电流不会过大造成电池过分 发热。 当Q2隔离管击穿短路后,长时间的超负荷工作,极有可能 损坏适配器。

电路符号
MOS管作用总结: (结合寄生二极管) 如果MOS管用作开关时,(不论N沟道还是P沟道), 一定是寄生二极管的负极接输入边,正极接输出端或接地。 否则就无法实现开关功能了。 所以,N沟道一定是D极接输入,S极接输出或地。 P沟道则相反,一定是S极接输入,D极接输出。 如果MOS管用作隔离时,(不论N沟道还是P沟道), 寄生二极管的方向一定是和主板要实现的单向导通方向 一致。 笔记本主板上用PMOS做隔离管的最常见,但也有极少 的主板用NMOS来实现。

电路符号 5 做个挑错游戏吧

有没有发现过笔记本电路图上的MOS管也有画错的? 通过前面的学习, 我们来做个挑错 游戏吧, 看看你能发现多 少错误?

图1

电路符号

两张截图里, 你发现了几处错误?

答案在文档最后面。

图2

实 物

实 物 篇

实 物 看看这些MOS管:
呵呵,都是很常见的吧? 能告诉大家, 哪个脚是S(源极)吗? 哪个脚是D(漏极)?

G(栅极)呢? 是P沟道还是N沟道MOS? 呵呵,这个有点难哦。
给你万用表,怎么测量 MOS管是好是坏呢?

实 物 1 如何分辨三个极?
共有八个脚,显然会有几个脚内部是相连的。 第1步: 请确定MOS管PIN1(第一脚) 方法:芯片上会用一个小圆点标示出PIN1, 它一般会在芯片的左下角。 第2步: 请确定MOS管其他脚

首先,来看看常见的SO-8封装MOS管吧。

方法:从PIN1开始,逆时针方向依次为2,3, …..6,7,8脚。

实 物
第3步: 请确定三个极。 D极单独位于一边,而G极是第4PIN。 剩下的3个脚则是S极。 它们的位置是相对固定的,记住这一点很有 用。 看看我们常见的NMOS管4816:

请注意:不论NMOS管还是PMOS管,上述PIN脚的确定方法都是一样的。

假如MOS管表面磨损,或是无法辨认PIN1的标记圆点,你可以用什么 方法确认PIN1脚,以及G极,D极和S极? 拿出万用表,试试吧!

实 物

再来看看相似的DFN封装MOS管:

外形上来看,DNF封装的MOS管仍旧有8个脚,但已经变成贴片形式, 节约了高度,散热性能更好些。 但其PIN脚极性还是一样排列。

还有Ultra SO-8封装的MOS管:

Ultra SO-8封装的MOS管相对DFN封装厚度 上有点增加,PIN1,2,3直接相连成为S极。

实 物
接下来,看看6个脚的TSOP-6封装MOS管:

SI3456

PIN1,2,5,6为D极;

PIN3为G极;

PIN4为S极。

同样是6个脚,的SOT-363封装MOS管则为双MOS管:

实 物

最后,3PIN脚的MOS管: (1)SOT-23
3 G D

S 1
2

图纸习惯 PIN1为G极;PIN2为S极;PIN3为D极。 但请大家特别注意:主板上标示的PIN1与PIN2脚与此刚好颠倒了。 主板图纸上也是如此。 而且,似乎作为一种错误的习惯被保持了下来。

另外一种3PIN脚的MOS管: (2)TO-252
3

常见型号有: AOD425
1 2 2

1

实 物

2 它是N沟道还是P沟道的呢?

先从简单的开始,拿最常见的3PIN脚MOS管(SOT-23)讲起。

D

0.620V 1.220

G

接下来, 将万用表调 到“二极体 档”。

S

由上一小节内容,我们可以立即找 到MOS管的G,S,D三极。

红表笔(+极)接D极,黑表笔(- 极)接S极: 如果,二极体值低于0.700V以下。
黑表笔(- 极)接D极,红表笔(+极)接S极: 二极体值高于1.200V以上。

交换表笔:

则可以判断,此MOS管 ==?为PMOS管。

实 物
如果两次测量的结果相反。则 ==?为NMOS管。

D

0.620 1.490V

万用表调至 “二极体档”。

G

S

过程如下:

红表笔(+极)接D极,黑表笔(- 极)接S极: 如果,二极体值高于1.200V以上。
黑表笔(- 极)接D极,红表笔(+极)接S极: 二极体值低于0.700V以下。 则此MOS管 ==?为NMOS管。

交换表笔:

实 物
判断沟道的方法已经介绍了,接下来简单谈下依据。 MOS管(绝缘栅增强型)的G极与S极、D极之间绝缘;而S极与D极 在没有导通之前内阻很大,也可以简单认为是断开的。 因此,G,D,S之间用二极体档测量时,应该是两两都不相通。 以上是在没有考虑MOS管内部的寄生二极管的前提下得出的结论。 而实际上,在测量判断沟道类型时,这个存在于DS极之间的体内二 极管(寄生二极管)才是关键!

0.620 1.770V

截止 导通
NMOS 交换表笔: 换句话说,我们量的就是这个寄生二极管。

实 物
3PIN脚的说过了,再来看看6PIN脚的MOS管( TSOP-6封装): 由上一小节我们知道,只要知道MOS的第一 脚PIN1,那我们就可以通过三极与PIN脚间的对 应关系(如右图)立即判断出G,D,S极。 但假如,MOS管无法辨认PIN1怎么办? (比如表面污损) 不管怎样,三极首先得辨认,之后才是判 断N沟道或P沟道的问题。 接下来,我们就不妨先说说:在PIN1无法辨认的情况下,如何靠万 用表判断三极。
要么
D
5 2

要么
D
2

判断原则: 6PIN中相通的4PIN是D极。 之后, 对照右上图确定出G极,S极。

D
6 1

S
4 3

G
3 4

D
1 6

相通
D
D G

相通
5

S

D

D

实 物
G极,D极和S极知道后,N沟道P沟道的判断方法和前面还是一样:
D
D S

1.850V

==?为NMOS管。
1

D

D

G

交换表笔:
D D S

0.530V

1

D

D

G

实 物
测量的二极体值相反时,为PMOS管:
D
D S

0.450V

==?为PMOS管。
1

D

D

G

(4)

P-MOS

交换表笔:
D D S

1.560V

(3) (1,2,5,6)

1

D

D

G

实 物
DFN封装和Ultra SO-8封装的MOS管因为外形独特,一眼即可辨认 D极,其他两极也就好依从判断,用不着万用表。 至于沟道类型的判断,方法和前面一样,就不再罗嗦了。 让我们直接进入SO-8封装MOS管环节吧。 还是先来看看: MOS管无法用眼睛辨认PIN1时,怎样用万用表找G、D、S极? 判断原则: 单边4PIN全通的是D极。 之后, 对照下图确定出G极,S极。

0.000V

1PIN

如果大家足够细心,根据MOS管有一边存 在小小的倒角,仍然能确定PIN1。

实 物
SO-8封装MOS管沟道类型的判断,方法和前面一样,不再详述。 至于最后一种MOS管: SOT-363封装双MOS管 因为它的对称性,只要正面朝向自己,无论怎样摆放,左下角都可以认 为是PIN1。

1PIN

1PIN

所以呀,在主板上更换这种MOS管时,完全不用担心装反的问题。 即使装反了,一样可以正常使用。 三极脚位好判断,沟道类型判断还是和前面一样。

实 物
测量的注意事项:
以上都是在MOS管没有被接入任何电路的情形下,进行的测量。
如果MOS管在板时进行测量,测量的值会受到所在电路的影响,有 可能会误导判读。 建议在板测量出异常时,最好取下进行一次复判。 测量前,最好用表笔金属针头部分短接MOS管G极与S极,以释放 MOS管G极可能残留的静电电荷。 因为G极如果存在静电电压可能 会造成D与S极处于导通状态,而引起误判。

我们这里测量用的是数字万用表。(当调至“二极管档”时,红表 笔是正极(+),黑表笔是负极(-)) 如果使用指针式万用表,注意红黑表笔上电压极性刚好相反,请注 意测量的结果应该颠倒才对。

实 物 3 能测量出MOS管是好是坏吗?

了解了前面那些内容,相信这个问题对大家来说已经不是难事。
说说看,该怎么做呢?不妨动手试一试! 下面呢,做个简单小结: 将万用表调至“二极体档”, 用表笔分别接触三个极,测量两两之间的值,并交换位置。 这样会有六种组合,测到6个值。 这其中只有1个值会低于0.700V以下(0.200V以上)。 ==?为良品 否则 。 ==?为不良品

实 物
注意事项:
除了49页提到过的注意事项之外,还请注意: 测量中,当红表笔接G极,黑表笔接S极之后,有可能在接下来测量 DS这组值时,发现DS间竟短路了,二极体值接近0.001V。 本来在前 面刚测量过是好的。有些MOS管短路很快就消失了,而有些则需要较长 时间才恢复。 这同样是因为MOS管GS极间存在一定的极间电容,测量中引入的电 压在上面残留。如果电压极性刚好符合MOS管导通条件,此时测量DS间 当然就会表现为短路现象。只有当GS极间电容上的电荷漏光或消散完后, DS间才会恢复截止状态。 解决的办法是: 用表笔金属针头部分短接MOS管G极与S极,释放MOS管GS极间电容 上残留的电荷。 如果再次测量DS间仍然短路,才能判定MOS管短路了。





挑错游戏-答案: (第33页)

画法错误





挑错游戏-答案: (第33页)

S极 G极

D极
中间衬底箭头 与S极短接 是正确画法

S极

G极
D极





挑错游戏-答案: (第33页)

S极 G极 D极 修改后画法 S极

G极

D极





挑错游戏-答案: (第34页)

增强型MOS管中间 为断续线。

画法错误

中间衬底箭头(不论方 向朝里朝外)与S极相 连是正确画法。

END

Q & A


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