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，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)在制造過程中對開啟電壓有著關(guān)鍵影響。
應(yīng)用場景 ：在高端驅(qū)動等特定應(yīng)用場景中，可能需要額外升壓（例如 VCC + 4V）來確保 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)計中，合理選擇 MOS 管的開啟電壓對于電路的性能至關(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。
那么此時的 Mos 管柵極電壓該如何選擇呢？
那么此時的 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。對于 NMOS 管，當(dāng) VGS 大于 Vth 時，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)置得過高，雖然能夠確保 MOS 管完全導(dǎo)通，但會帶來功耗增加的問題。過高的柵源電壓會使 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)波動導(dǎo)致 MOS 管無法正常導(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，為了確保 MOS 管在受到噪聲干擾時仍能正常工作，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。在這個例子中，VGSth 的最大值是 1.5V，接下來我們需要確定這個裕量的具體數(shù)值。
首先查看 VGS 與 IDS 的對應(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，Ids = 0.2A；
當(dāng) Vgs = 10V 時，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 時較為合適，且在 4V 到 10V 之間 IDS 的變化趨勢相對平緩。
再來看導(dǎo)通電阻 Rds_on 與 IDS 在不同 Vgs 電壓下的對應(yīng)關(guān)系：
當(dāng) Ids = 0.1A 時，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，Rds_on 較高；而當(dāng) Vgs 在 4.5V 到 10V 之間時，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，Rds_on 最小，Ids 最大，如果電路要求過電流較大，此時較為合適。然而，還需要考慮導(dǎo)通損耗，即 P = Ids²×Rds_on。當(dāng)過電流要求不是很大時，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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