一、開啟電壓定義
MOS 管的開啟電壓即閾值電壓，是指柵極與源極間電壓（VGS）達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，半導(dǎo)體表面能形成導(dǎo)電溝道的最小電壓值。其具體數(shù)值依 MOS 管類型（N 溝道 / P 溝道）和型號(hào)不同而有所差異。通常情況下，N 溝道 MOS 管的開啟電壓范圍為 1 - 2.5V，而 P 溝道 MOS 管則為 - 1 至 - 3V。
二、開啟電壓影響因素
開啟電壓（Vth）是 MOS 管從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的臨界電壓，主要受以下因素影響：
溝道類型 ：對(duì)于 N 溝道 MOS 管，需要 VGS>0（典型值 1 - 2.5V），而 P 溝道 MOS 管則要求 VGS<0（典型值 - 1 至 - 3V）。
工藝參數(shù) ：包括柵氧化層厚度、半導(dǎo)體載流子濃度等工藝條件，這些參數(shù)在制造過(guò)程中對(duì)開啟電壓有著關(guān)鍵影響。
應(yīng)用場(chǎng)景 ：在高端驅(qū)動(dòng)等特定應(yīng)用場(chǎng)景中，可能需要額外升壓（例如 VCC + 4V）來(lái)確保 MOS 管能夠完全導(dǎo)通，滿足電路的工作要求。
三、MOS 管開啟電壓選擇分析
在電路設(shè)計(jì)中，合理選擇 MOS 管的開啟電壓對(duì)于電路的性能至關(guān)重要。以某 Nmos 為例，其 VGS 范圍為 ±20V，柵極閾值電壓（VGSth）最小為 0.8V，最大為 1.5V。
那么此時(shí)的 Mos 管柵極電壓該如何選擇呢？
那么此時(shí)的 Mos 管柵極電壓該如何選擇呢？
首先，明確 MOS 管的開啟電壓決定了 MOS 管從截止?fàn)顟B(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)所需的柵源電壓（VGS）的最小值。對(duì)于 NMOS 管，當(dāng) VGS 大于 Vth 時(shí)，管子開始導(dǎo)通。
在本例中，VGS 范圍是 ±20V，這意味著該 NMOS 管可以承受從 - 20V 到 + 20V 的柵源電壓。而 VGSth 范圍是 0.8V（min）到 1.5V（max），這表明為了使 NMOS 管從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，柵源電壓 VGS 至少需要達(dá)到 0.8V，但可能在 1.5V 時(shí)才開始穩(wěn)定導(dǎo)通。
為了選擇合適的柵極電壓，我們需要綜合考慮以下幾點(diǎn)：
（一）功耗
如果 VGS 設(shè)置得過(guò)高，雖然能夠確保 MOS 管完全導(dǎo)通，但會(huì)帶來(lái)功耗增加的問(wèn)題。過(guò)高的柵源電壓會(huì)使 MOS 管中的電流增大，從而導(dǎo)致更多的能量損耗，影響電路的效率。
（二）穩(wěn)定性
為了保證 MOS 管在不同的工作環(huán)境和條件下都能穩(wěn)定工作，VGS 應(yīng)設(shè)置在 VGSth 的上方。這樣可以避免因環(huán)境變化或電路參數(shù)波動(dòng)導(dǎo)致 MOS 管無(wú)法正常導(dǎo)通的情況。
（三）噪聲裕量
實(shí)際電路中存在各種噪聲和電壓波動(dòng)，為了確保 MOS 管在受到噪聲干擾時(shí)仍能正常工作，VGS 應(yīng)留有一定的裕量。這樣可以防止噪聲引起的電壓變化導(dǎo)致 MOS 管誤開通或誤關(guān)斷。
基于以上考慮，通常的做法是將 VGS 設(shè)置為 VGSth 的最大值加上一定的裕量。在這個(gè)例子中，VGSth 的最大值是 1.5V，接下來(lái)我們需要確定這個(gè)裕量的具體數(shù)值。
首先查看 VGS 與 IDS 的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線圖，
在 Vds = 1V 的前提下：
在 Vds = 1V 的前提下：
當(dāng) Vgs = 2.5V 時(shí)，Ids = 0.2A；
當(dāng) Vgs = 10V 時(shí)，Ids = 0.9A；
而持續(xù) Id 為 500mA，從曲線關(guān)系圖可以看出，當(dāng) Vgs 大于 3V 時(shí)較為合適，且在 4V 到 10V 之間 IDS 的變化趨勢(shì)相對(duì)平緩。
再來(lái)看導(dǎo)通電阻 Rds_on 與 IDS 在不同 Vgs 電壓下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：
當(dāng) Ids = 0.1A 時(shí)，在 Vgs = 2.5V、4.5V 和 10V 下的 Rds_on 分別是 2.7 歐姆、1.2 歐姆和 1 歐姆。由此可知，當(dāng) Vgs = 2.5V 時(shí)，Rds_on 較高；而當(dāng) Vgs 在 4.5V 到 10V 之間時(shí)，Rds_on 的差別不大。因此，VGS 的最佳開啟電壓范圍在 4.5V 到 10V 之間。
具體而言，當(dāng) Vgs = 10V 時(shí)，Rds_on 最小，Ids 最大，如果電路要求過(guò)電流較大，此時(shí)較為合適。然而，還需要考慮導(dǎo)通損耗，即 P = Ids²×Rds_on。當(dāng)過(guò)電流要求不是很大時(shí)，選擇 Vgs = 4.5V 可以使整體性能更加均衡，既能保證 MOS 管的正常導(dǎo)通，又能降低功耗和損耗。
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