MOS管的正确用法分析和MOS管工作原理与优势详解

mos管是金属(metal)、氧化物(oxide)、半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属—绝缘体(insulator)、半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

MOS管工作原理

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），只要栅极电压达到一定电压（如4V或10V， 其他电压，看手册）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。

在使用MOS管设计开关电源或者马达驱动电路的时候，大部分人都会考虑MOS的导通电阻，最大电压等，最大电流等，也有很多人仅仅考虑这些因素。这样的电路也许是可以工作的，但并不是优秀的，作为正式的产品设计也是不允许的。

1，MOS管种类和结构

MOSFET管是FET的一种（另一种是JFET），可以被制造成增强型或耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS，或者PMOS指的就是这两种。至于为什么不使用耗尽型的MOS管，不建议刨根问底。

对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用NMOS。下面的介绍中，也多以NMOS为主。

MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。

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、继电器），这个二极管很重要，用于保护回路。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。

MOS管的正确用法详解

（一）三极管和MOS管的基本特性

三极管是电流控制电流器件，用基极电流的变化控制集电极电流的变化。有NPN型三极管和PNP型三极管两种，符号如下：

MOS管是电压控制电流器件，用栅极电压的变化控制漏极电流的变化。有P沟道MOS管（简称PMOS）和N沟道MOS管（简称NMOS），符号如下（此处只讨论常用的增强型MOS管）：

（二）三极管和MOS管的正确应用

（1）NPN型三极管，适合射极接GND集电极接负载到VCC的情况。只要基极电压高于射极电压（此处为GND）0.7V，即发射结正偏（VBE为正），NPN型三极管即可开始导通。

基极用高电平驱动NPN型三极管导通（低电平时不导通）；基极除限流电阻外，更优的设计是，接下拉电阻10-20k到GND；优点是，①使基极控制电平由高变低时，基极能够更快被拉低，NPN型三极管能够更快更可靠地截止；②系统刚上电时，基极是确定的低电平。

（2）PNP型三极管，适合射极接VCC集电极接负载到GND的情况。只要基极电压低于射极电压（此处为VCC）0.7V，即发射结反偏（VBE为负），PNP型三极管即可开始导通。

基极用低电平驱动PNP型三极管导通（高电平时不导通）；基极除限流电阻外，更优的设计是，接上拉电阻10-20k到VCC；优点是，①使基极控制电平由低变高时，基极能够更快被拉高，PNP型三极管能够更快更可靠地截止；②系统刚上电时，基极是确定的高电平。

所以，如上所述：

对NPN三极管来说，最优的设计是，负载R12接在集电极和VCC之间。不够周到的设计是，负载R12接在射极和GND之间。

对PNP三极管来说，最优的设计是，负载R14接在集电极和GND之间。不够周到的设计是，负载R14接在集电极和VCC之间。

这样，就可以避免负载的变化被耦合到控制端。从电流的方向可以明显看出。

（3）PMOS，适合源极接VCC漏极接负载到GND的情况。只要栅极电压低于源极电压（此处为VCC）超过Vth（即Vgs超过-Vth），PMOS即可开始导通。栅极用低电平驱动PMOS导通（高电平时不导通）；栅极除限流电阻外，更优的设计是，接上拉电阻10-20k到VCC，使栅极控制电平由低变高时，栅极能够更快被拉高，PMOS能够更快更可靠地截止。

（4）NMOS，适合源极接GND漏极接负载到VCC的情况。只要栅极电压高于源极电压（此处为GND）超过Vth（即Vgs超过Vth），NMOS即可开始导通。栅极用高电平驱动NMOS导通（低电平时不导通）；栅极除限流电阻外，更优的设计是，接下拉电阻10-20k到GND，使栅极控制电平由高变低时，栅极能够更快被拉低，NMOS能够更快更可靠地截止。

所以，如上所述

对PMOS来说，最优的设计是，负载R16接在漏极和GND之间。不够周到的设计是，负载R16接在源极和VCC之间。

对NMOS来说，最优的设计是，负载R18接在漏极和VCC之间。不够周到的设计是，负载R18接在源极和GND之间。

（三）设计原则

为避免负载的变化被耦合到控制端（基极Ib或栅极Vgs）的精密逻辑器件（如MCU）中，负载应接在集电极或漏极。

MOS管优势

1.场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3.场效应管可以用作可变电阻。

4.场效应管可以方便地用作恒流源。

5.场效应管可以用作电子开关。

6.场效应管在电路设计上的灵活性大。栅偏压可正可负可零，三极管只能在正向偏置下工作，电子管只能在负偏压下工作。另外输入阻抗高，可以减轻信号源负载，易于跟前级匹配。

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