一.MOS管的基本结构MOS管的结构如图所示大衬底上面左中右分别为源极s栅极g漏极d。该四大部分两两之间互为绝缘状态有绝缘材料。电容的定义就是两块不连通的导体材料。因此g和s之间有寄生电容g和d之间有寄生电容d和s之间也有寄生电容。如果是N型MOS管则s和d之间一般掺杂N型半导体材料衬底内掺杂的是P型半导体材料。则N和P型半导体之间会产生PN结只要是PN结就对应着一个二极管。而衬底和源极s内部连接在一起则s和衬底间的二极管被短路掉就相当于s和d之间有一个二极管。因此NMOS管的符号在s和d之间会加一个寄生二极管。而这个剪头对应的是衬底剪头那条线连到s也就说的通了。PMOS管对比于NMOS管来说寄生电容是方向反过来的。因为PMOS管的s和d掺杂的为P型半导体材料而衬底掺杂的是N型半导体材料。ps剪头由P指向N因此根据箭头方向判断MOS管类型。剪头指向g就是N型MOS管。剪头背离g就是P型MOS管。二.MOS管的导通条件NMOS管导通条件Vg-VsVth就是当g的电压比s的电压大的比导通电压还高时候ds就会闭合。就跟三极管的Vbe一样。Vbe导通了ce之间也就导通了有电流了。PMOS管的导通条件Vg-VsVthDS之间导通。就是当g电压比s电压小的比导通电压Vth小时DS之间闭合。三.MOS管开关电路的设计方法如图为NMOS管开关电路。还是跟三极管一样的道理。Vg-VsVth时候NMOS导通我们给d接5v然后再通过电阻接到g极由于两极之间互相绝缘没有电流通过那么5v电压到达g极之后仍然是5vs极接地。则Vg-Vs5v若Vth2v则MOS管导通。led灯接在MOS管的d极下面则此时led工作。另外需要注意MOS管是压控电流源gs之间电压控制ds之间的电流。只要gs之间有电压且电压导通电压即可MOS管后端就会导通经过电流。这点与三极管不同三极管是电流控制电流源。有ib才会有ice。上图为PMOS管开关电路逻辑。g跟s极接在一起接到地电位都为0v。则VgVsVg-Vs必为负数MOS管导通。跟P型三极管的开关电路原理一致MOS管的s极对应三极管的发射极e。MOS管和三极管重要的区别MOS管的g极可以不加电阻因为两极之间绝缘没有电流通过。但是三极管的b极一定要加电阻去限流否则5v直接加到b极三极管会损坏掉。四.MOS管的寄生电容问题由于g和s之间有寄生电容在开关闭合时候g极电压为5vs极电压为0那么gs之间有电压gs之间的寄生电容就会被充电为5v。开关断开以后通路断开且gs之间绝缘因此电容无法放电那么电容此时就像是一个“电源”一直给gs之间电压就算开关断开了MOS管也导通就会出现异常现象。但是虽然说gs之间绝缘但是也不可能做到百分之百绝缘还是会有点漏电因此这个寄生电容最终会慢慢漏完电MOS慢慢关断led缓慢灭掉。换成三极管就不会这样因为三极管是电流控制型需要有电流才会导通那么断开开关时候消耗电容能量也会更快则会很快的关断掉。为了消解MOS管gs之间寄生电容的作用要并联一个电阻在寄生电容两边作为给电容放电的路径。这个电阻阻值要大100k左右。因为电容的时间常数RCC为pF级别很小R为k级别相乘以后时间常数也很小放电关灯时间也会很快。如果还想加速要接一个带推挽电路的芯片去驱动MOS管可以给电容快速充放电即快速关断开关。MOS管要加放电电容一些MOS管的漏电特性好不加电阻开关断电还能亮十几秒所以一定要加放电电阻。五.NMOS做开关电路的注意事项大部分时间要求NMOS管上d下s且s直接接地。PMOS管上s下d且s接地。但有一些NMOS管的s极是通过一个电阻接地。例如下图如果是这样那该NMOS管只要导通必定工作在放大恒流区不能工作在可变电阻区当作开关使用。截止区VgsVgsth可变电阻区VdsVgs-Vgs(th)恒流放大区VdsVgs-Vgs(th)如图源极s通过电阻接地相当于一个“源极跟随器”。导通后必定工作在恒流放大区非常容易发热。把分界线条件代入Vds Vgs-Vth4.5-Vs (5-Vs)-24.5-Vs 3-Vs4.5 3哎这里发现这个电路天然满足 Vds Vgs-Vth因此该MOS管一直工作在恒流放大区就不能忽略其电阻将其当成一根导线而是有一个较大的电压。根据分压原理Vs电压被限制住了。解决方法1.在g极加比后载电路电源高的电压。2.把直接把g极电源负极接在s极电阻上面。如图所示把g极电源接法改变那么g和s极的电压分别为50v。MOS管导通之后会把电阻上方那一点抬高12v相当于图中所画的两个电池串联。六.Pmos的开关电路设计方法Pmos做开关时通常s极接电源。因为导通条件是g极电压比s极低用Pmso管设计开关可直接用右边替代左侧的复杂Nmos电路。不需要加什么自举。另外ds之间接一个电阻释放ds之间寄生电容的能量这是必要的。但是Pmos同等成本下的性能没有Nmos好且高频率高电流场景一般都用Nmos。六. PMOS防反接电路的工作原理如图为Pmos防反接电路结构。当电路电源未反接时12v电压经过PMOS管ds之间的寄生体二极管。因为此时MOS管未导通电源还未到达mcumcu未通电不能给三极管输入信号三极管断开gs之间无压降那么s极电位11.3v。当电源到达mcumcu输出控制信号为1三极管导通根据分压原理g极电位约为6vVgVdMOS管导通。d极电位变为12v根据分压原理s极电位为6v。一旦12v反接电路中若没有MOS管12v直接反接到mcu两端mcu无法承受反向电压值电流直接贯穿回路会直接损坏。但有了MOS管即使两端有反向电压mcu还未导通三极管未导通。这个反向电压通过MOS管时候MOS管不满足导通条件会被ds之间的寄生电容中断掉无法形成回路电流。要想损坏mcu或其他负载要先流过电流因此有MOS管mcu两端就算有反向电压也没有电流通过mcu不会损坏。此外不让mcu控制三极管从而控制mos管一样可以实现防反接效果。通电后电压先经过ds之间的寄生体二极管d极电压变为11.3v那么经过两电阻分压g极立马变成6vs极11.3v大于g极mos管导通d极电压变为12v立马又把mos管上的二极管短路掉。反接时原来的gnd变成12vg极电压12v一直比s极高不导通。七.MOS管DS之间的电流可以双向导通三极管的ce之间有电流方向但是MOS没有。只要MOS管的gs之间满足导通条件MOS管ds之间的电流可以双向导通。假设是N型MOS管要想ds之间导通要给gs之间一个正向电压且Vg-VsVth。此时ds之间导通形成一条沟道该沟道中的电子可从d到s也可以从s流向d。如图两种情况。当电源正接时g极开关闭合MOS管导通电路中有电流回路且MOS管gs之间压降为0。当电源反接时g极开关断开电源正极为0v负极为-12v二极管导通电源直接给ds之间寄生二极管供电1k的负载也有电流经过。g极开关闭合由于Vg-Vs5vmos管导通电流也正常流过导通之后ds之间压降为0。因此MOS管只要达到了导通要求ds之间电流可以随意方向流通。但三极管的电流只能从发射级流向集电极。如果再多加一个mos管倒过来接入电路中。如图所示当开关不闭合时两个mos管都处于断开状态。那么当后载12v电源作用下电流先会经过下方二极管但是上方的二极管无法通过两个二极管相互抵消。就使得电源反接时电流无法通过回路。八.mos管的导通电流与Vgs的关系mos管的导通电流与Vgs的大小成正比大部分mos管当Vgs4.5v时进入饱和状态。导通之后随着Vgs慢慢增大Id也增大。也就是说开通之后也不一定处于饱和导通状态要在Vgs达到一定程度mos管才完全饱和导通。九.mos管的耐压所有mos管都有最大耐压值即ds之间承受的电压。挑mos管时mos管的耐压值至少要在接的电源的1.2倍以上。mos管的ds耐压比较大只要超过电源电压就可以。但是gs之间的耐压大部分都是±20v或±30v。最重要的是gs两端的电压不要大于额定标称值。 
长河君 · 2026/10/26 10:17:11 · 阅读 1.2k 【硬件基础】之MOS管
一.MOS管的基本结构MOS管的结构如图所示大衬底上面左中右分别为源极s栅极g漏极d。该四大部分两两之间互为绝缘状态有绝缘材料。电容的定义就是两块不连通的导体材料。因此g和s之间有寄生电容g和d之间有寄生电容d和s之间也有寄生电容。如果是N型MOS管则s和d之间一般掺杂N型半导体材料衬底内掺杂的是P型半导体材料。则N和P型半导体之间会产生PN结只要是PN结就对应着一个二极管。而衬底和源极s内部连接在一起则s和衬底间的二极管被短路掉就相当于s和d之间有一个二极管。因此NMOS管的符号在s和d之间会加一个寄生二极管。而这个剪头对应的是衬底剪头那条线连到s也就说的通了。PMOS管对比于NMOS管来说寄生电容是方向反过来的。因为PMOS管的s和d掺杂的为P型半导体材料而衬底掺杂的是N型半导体材料。ps剪头由P指向N因此根据箭头方向判断MOS管类型。剪头指向g就是N型MOS管。剪头背离g就是P型MOS管。二.MOS管的导通条件NMOS管导通条件Vg-VsVth就是当g的电压比s的电压大的比导通电压还高时候ds就会闭合。就跟三极管的Vbe一样。Vbe导通了ce之间也就导通了有电流了。PMOS管的导通条件Vg-VsVthDS之间导通。就是当g电压比s电压小的比导通电压Vth小时DS之间闭合。三.MOS管开关电路的设计方法如图为NMOS管开关电路。还是跟三极管一样的道理。Vg-VsVth时候NMOS导通我们给d接5v然后再通过电阻接到g极由于两极之间互相绝缘没有电流通过那么5v电压到达g极之后仍然是5vs极接地。则Vg-Vs5v若Vth2v则MOS管导通。led灯接在MOS管的d极下面则此时led工作。另外需要注意MOS管是压控电流源gs之间电压控制ds之间的电流。只要gs之间有电压且电压导通电压即可MOS管后端就会导通经过电流。这点与三极管不同三极管是电流控制电流源。有ib才会有ice。上图为PMOS管开关电路逻辑。g跟s极接在一起接到地电位都为0v。则VgVsVg-Vs必为负数MOS管导通。跟P型三极管的开关电路原理一致MOS管的s极对应三极管的发射极e。MOS管和三极管重要的区别MOS管的g极可以不加电阻因为两极之间绝缘没有电流通过。但是三极管的b极一定要加电阻去限流否则5v直接加到b极三极管会损坏掉。四.MOS管的寄生电容问题由于g和s之间有寄生电容在开关闭合时候g极电压为5vs极电压为0那么gs之间有电压gs之间的寄生电容就会被充电为5v。开关断开以后通路断开且gs之间绝缘因此电容无法放电那么电容此时就像是一个“电源”一直给gs之间电压就算开关断开了MOS管也导通就会出现异常现象。但是虽然说gs之间绝缘但是也不可能做到百分之百绝缘还是会有点漏电因此这个寄生电容最终会慢慢漏完电MOS慢慢关断led缓慢灭掉。换成三极管就不会这样因为三极管是电流控制型需要有电流才会导通那么断开开关时候消耗电容能量也会更快则会很快的关断掉。为了消解MOS管gs之间寄生电容的作用要并联一个电阻在寄生电容两边作为给电容放电的路径。这个电阻阻值要大100k左右。因为电容的时间常数RCC为pF级别很小R为k级别相乘以后时间常数也很小放电关灯时间也会很快。如果还想加速要接一个带推挽电路的芯片去驱动MOS管可以给电容快速充放电即快速关断开关。MOS管要加放电电容一些MOS管的漏电特性好不加电阻开关断电还能亮十几秒所以一定要加放电电阻。五.NMOS做开关电路的注意事项大部分时间要求NMOS管上d下s且s直接接地。PMOS管上s下d且s接地。但有一些NMOS管的s极是通过一个电阻接地。例如下图如果是这样那该NMOS管只要导通必定工作在放大恒流区不能工作在可变电阻区当作开关使用。截止区VgsVgsth可变电阻区VdsVgs-Vgs(th)恒流放大区VdsVgs-Vgs(th)如图源极s通过电阻接地相当于一个“源极跟随器”。导通后必定工作在恒流放大区非常容易发热。把分界线条件代入Vds Vgs-Vth4.5-Vs (5-Vs)-24.5-Vs 3-Vs4.5 3哎这里发现这个电路天然满足 Vds Vgs-Vth因此该MOS管一直工作在恒流放大区就不能忽略其电阻将其当成一根导线而是有一个较大的电压。根据分压原理Vs电压被限制住了。解决方法1.在g极加比后载电路电源高的电压。2.把直接把g极电源负极接在s极电阻上面。如图所示把g极电源接法改变那么g和s极的电压分别为50v。MOS管导通之后会把电阻上方那一点抬高12v相当于图中所画的两个电池串联。六.Pmos的开关电路设计方法Pmos做开关时通常s极接电源。因为导通条件是g极电压比s极低用Pmso管设计开关可直接用右边替代左侧的复杂Nmos电路。不需要加什么自举。另外ds之间接一个电阻释放ds之间寄生电容的能量这是必要的。但是Pmos同等成本下的性能没有Nmos好且高频率高电流场景一般都用Nmos。六. PMOS防反接电路的工作原理如图为Pmos防反接电路结构。当电路电源未反接时12v电压经过PMOS管ds之间的寄生体二极管。因为此时MOS管未导通电源还未到达mcumcu未通电不能给三极管输入信号三极管断开gs之间无压降那么s极电位11.3v。当电源到达mcumcu输出控制信号为1三极管导通根据分压原理g极电位约为6vVgVdMOS管导通。d极电位变为12v根据分压原理s极电位为6v。一旦12v反接电路中若没有MOS管12v直接反接到mcu两端mcu无法承受反向电压值电流直接贯穿回路会直接损坏。但有了MOS管即使两端有反向电压mcu还未导通三极管未导通。这个反向电压通过MOS管时候MOS管不满足导通条件会被ds之间的寄生电容中断掉无法形成回路电流。要想损坏mcu或其他负载要先流过电流因此有MOS管mcu两端就算有反向电压也没有电流通过mcu不会损坏。此外不让mcu控制三极管从而控制mos管一样可以实现防反接效果。通电后电压先经过ds之间的寄生体二极管d极电压变为11.3v那么经过两电阻分压g极立马变成6vs极11.3v大于g极mos管导通d极电压变为12v立马又把mos管上的二极管短路掉。反接时原来的gnd变成12vg极电压12v一直比s极高不导通。七.MOS管DS之间的电流可以双向导通三极管的ce之间有电流方向但是MOS没有。只要MOS管的gs之间满足导通条件MOS管ds之间的电流可以双向导通。假设是N型MOS管要想ds之间导通要给gs之间一个正向电压且Vg-VsVth。此时ds之间导通形成一条沟道该沟道中的电子可从d到s也可以从s流向d。如图两种情况。当电源正接时g极开关闭合MOS管导通电路中有电流回路且MOS管gs之间压降为0。当电源反接时g极开关断开电源正极为0v负极为-12v二极管导通电源直接给ds之间寄生二极管供电1k的负载也有电流经过。g极开关闭合由于Vg-Vs5vmos管导通电流也正常流过导通之后ds之间压降为0。因此MOS管只要达到了导通要求ds之间电流可以随意方向流通。但三极管的电流只能从发射级流向集电极。如果再多加一个mos管倒过来接入电路中。如图所示当开关不闭合时两个mos管都处于断开状态。那么当后载12v电源作用下电流先会经过下方二极管但是上方的二极管无法通过两个二极管相互抵消。就使得电源反接时电流无法通过回路。八.mos管的导通电流与Vgs的关系mos管的导通电流与Vgs的大小成正比大部分mos管当Vgs4.5v时进入饱和状态。导通之后随着Vgs慢慢增大Id也增大。也就是说开通之后也不一定处于饱和导通状态要在Vgs达到一定程度mos管才完全饱和导通。九.mos管的耐压所有mos管都有最大耐压值即ds之间承受的电压。挑mos管时mos管的耐压值至少要在接的电源的1.2倍以上。mos管的ds耐压比较大只要超过电源电压就可以。但是gs之间的耐压大部分都是±20v或±30v。最重要的是gs两端的电压不要大于额定标称值。