【MOS管】基础知识和简易电路

1. 简介

一、MOS管，是MOSFET的缩写。MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）。

其中，G是栅极，S是源极，D是漏极。

二、常见的 NMOS 和 POMS 原理与差异

NMOS
NMOS 英文全称为 N-Metal-Oxide-Semiconductor。 意思是N型金属-氧化物-半导体，我们称之为具有这种结构的晶体管 NMOS 晶体管。
MOS晶体管有 P型MOS管 和 N型MOS管之分。由 MOS 由管道组成的集成电路称为MOS集成电路，由 NMOS 组成的电路是 NMOS 集成电路，由 PMOS 管组成的电路是 PMOS 集成电路，由 NMOS 和 PMOS由两种管道组成的互补性 MOS 电路，即 CMOS 电路。

PMOS
PMOS 指n型衬底，p通道，通过空穴流动输送电流MOS管。

NMOS 和 PMOS 工作原理
P沟道MOS因此，晶体管的空穴迁移率较低MOS晶体管的几何尺寸等于工作电压的绝对值，PMOS晶体管的跨导小于N沟MOS晶体管。此外，P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般较高，需要较高的工作电压。其电源的电压大小和极性与双极晶体管-晶体管的逻辑电路不兼容。PMOS因逻辑摆幅大，充电放电过程长，加之器件跨导小，所以工作速度更低，在NMOS电路(见N沟金属-氧化物-半导体集成电路)出现后，大部分已经出现了NMOS更换电路。只是，因PMOS电路工艺简单，价格便宜，部分中小型数字控制电路仍采用PMOS电路技术。

三、MOS管应用分析

1. 导通特性
NMOS 的特性：Vgs如果超过一定值，就会导通，适合源极（S）只要栅极电压达到4，接地情况(低端驱动)V或10V就可以了。
PMOS 的特性：Vgs如果小于一定值，就会导通，适合源极（S）接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS它可以很容易地用作高端驱动，但由于导通电阻大、价格昂贵、替代品种少，通常用于高端驱动NMOS。

2. MOS开关管损失
不管是 NMOS 还是 PMOS，导通后有导通电阻，这样电流就会在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量称为导通损耗。选择导通电阻小的MOS管会减小导通损耗。现在的小功率MOS管导通电阻一般在几十毫欧左右，也有几毫欧。

MOS导通和截止时间一定不能在瞬间完成。MOS两端电压下降，流过的电流上升，MOS管道损失是电压和电流的乘积，称为开关损失。通常，开关损失远大于导通损失，开关频率越高，损失越大。

瞬时电压和电流的乘积很大，造成了很大的损失。缩短开关时间可以减少每次导通时的损失；减少开关频率，减少单位时间内的开关次数。这两种方法都可以减少开关损失。

3. MOS管驱动
与双极性晶体管相比，一般认为使用MOS只要管道不需要电流，只要GS当电压高于一定值时，就可以了。这样做很容易，但我们仍然需要速度。

在MOS在管的结构中可以看到，GS，GD寄生电容器之间存在，MOS管道的驱动实际上是对电容器的充放电。电容器的充电需要一个电流，因为电容器可以在瞬间被视为短路，因此瞬间电流将相对较大。选择/设计MOS管道驱动时首先要注意的是瞬时短路电流的大小。

二是高端驱动一般用于高端驱动NMOS，栅极电压大于源极电压。而高端驱动MOS管道导通时源极电压和漏极电压（VCC）因此，此时栅极电压相同VCC大4V或10V。如果在同一个系统中，要得到比较VCC大电压需要一个特殊的升压电路。许多电机驱动器集成了电荷泵，应注意选择合适的外部电容，以获得足够的短路电流驱动MOS管。

四、MOS应用电路设计

在实际项目中，我们基本上使用增强型，分为N沟和P沟。

我们常用的是NMOS，由于其导电阻小，易于制造。MOS从管道原理图可以看出，泄漏极和源极之间有一个寄生二极管。这被称为体二极管，它在驱动感性负载（如电机）时非常重要。顺便说一句，体二极管只是单个的MOS集成电路芯片中，通常不存在于集成电路芯片中，需要具体查看数据手册。

了解MOS您会发现管道的开启/关闭原理是使用PMOS做上管、NMOS下管更方便使用。PMOS做下管、NMOS上管的电路设计复杂，一般意义不大，很少使用。
下面先了解MOS请参见下图:

NMOS主回路电流方向为 D->S，导通条件为 Vgs 有一定的压差，一般为5~10V（G电位高于S电位)；PMOS主回路电流方向为 S->D，导通条件为 Vgs 有一定的压差，一般为-5~-10V（S电位高于G电位)，导通压差为6V为例。

简单的记忆方法：

1. N 表示负面意思，简单地认为栅极（G）如果是负的，驱动箭头的方向是从 S->G
2. P 表示正意，简单地认为栅极（G）为正，所以驱动箭头的方向是从 G->S
3. 负载的电流方向与驱动箭头的方向相反

NMOS管
使用NMOS当下管，SG极电压固定值只需直接接地(为固定值)V可导通；若使用NMOS当上管，D极接正电源，但S极电压不固定，无法确定控制NMOS由于S极对地S极对地电压有两种状态，MOS管道截止时为低电平，导通时接近高电平VCC。当然NMOS也可以当上管，但控制电路复杂。在这种情况下，必须使用隔离电源控制和一个PMOS一般来说，管道可以解决的事情不会这样做，这显著增加了电路的难度。

简单的记忆方法：N 所以 S 源级接 GND

PMOS管
使用PMOS当上管，S极直接接电VCC，S极电压固定，只需G极电压低于SV可导通，使用方便；同样，如果使用PMOS当下管，D极接地，S极压不固定(0V或VCC），无法确定控制极G极的电压，使用麻烦，需要隔离电压设计。

简单的记忆方式：P 所以 S 源级接 VCC