电路设计入门-MOS管

MOS管（金属-氧化物-半导体场效应晶体管，简称MOSFET）是一种基于电场效应控制电流的半导体器件，广泛应用于电子电路中。

左边是NMOS管。从上、左和下分别为漏极（D），栅极（G）和源极（S） 右边是PMOS管。从上、左和下分别为源极（S），栅极（G）和漏极（D）

导通条件

• NMOS管：Vg - Vs > Vth，DS导通
• PMOS管：Vg - Vs < Vth，DS导通。即Vs要比Vg大，并且差值大于Vth，Vth一般为负值。

寄生电容

MOS管各极之间两两会产生寄生电容，所以NMOS管电路的栅极要加上一个下拉电阻，当栅极开关断开后，能够将栅极和源极之间的寄生电容给释放掉。而N型三极管电路就没有这问题。N型三极管的下拉电阻是为了防止外部的静电干扰。

寄生体二极管

上面的电路是有问题的。当左下角开关A闭合的时候，N型三极管导通，P型MOS管的栅极电压为0.3V，MOS管导通。左边的电源通过MOS管给负载供电，一切看似正常。如果将右上角开关A断开，MOS管就断开了，此时使用右边的电源进行供电。由于P型MOS管上的寄生体二极管，如果寄生体二极管两边的电压差大于压降电压，寄生体二极管就会导通。可能就会有大电流通过MOS管。

上面是经过修改的电路。可以解决由于寄生体二极管产生的问题。因为右边的MOS管就相当于一个二极管，当左下角开关断开且右上角开关闭合后，由于二极管的单向导通性，电流无法到达左边的电路。

NMOS管放大状态

NMOS管源极接负载时，NMOS管处于放大状态。因为开关A闭合之前，源极的电压为0V。当开关闭合后，Vgs的电压等于5V，大于Vth，MOS管导通。源极的电压也会缓慢升高，所以Vgs会不断减少，直到Vgs小于Vth，MOS管关闭。源极电压又会下降，Vgs又上升。不断重复这个过程，Vgs就会稳定到Vth上。此时MOS管上的电压就等于12V - (5V - Vth)，流过MOS管的电流会很多，造成MOS管严重发热。因为MOS管分到的电压很大，所以说处于放大状态。

解决方法1：将左边的电压提高到10V，即使源极的电压上升到4.5V，Vgs还是大于Vth，MOS管处于饱和状态。

解决方法2：通过上图的电路。因为源极和电压的负极相连，所以当开关闭合后，Vgs等于5V，即使右边的电源抬高了源极的电压，左边的电源要保持5V的压差，Vgs依然是5V。电路不会处于放大状态。

PMOS作为开关

PMOS管作为开关的好处是寄生体二极管的方向刚好是从漏极指向源极，能够阻止电流流过MOS管。

PMOS管防电源反接

正常没有反接的时候，PMOS管上的寄生体二极管压降为0.7V。N型三极管导通后，MOS管栅极分压到6V。MOS处于饱和状态，能够正常给负载进行供电。

如果电池反接并且三极管为低电平，电流从负极出发，经过负载，流向MOS管的源极，而PMOS管的寄生体二极管方向刚好相反，能够切断回路，保护电路。

MOS管电流可以双向流通

左边的电流图是正常的NMOS管的电路图。右边的电路图有一点问题，在MOS管没有导通的情况下，可以通过体二极管进行导通。在MOS导通的情况下，电流能够从源极流向漏极。因为MOS在导通的情况下，内部形成一条沟道，该沟道能够让电子进行双向流通。所以MOS管电流能够双向流通。

使用两个MOS管实现双向导通开关

上面两个电路实现的功能是一样的，都能够正常工作。

MOS导通电流和Vgs的关系

右图的横坐标为Vgs，纵坐标的Id电流。在放大状态，MOS管的导通电流和Vgs的大小成正比。