【模电】0004 MOS管应用分析

MOS管其实有很多种，通常的模电教材里都会至少分为PMOS/NMOS，增强型/耗尽型，因为一般情况下工程中能见到的基本上只有增强型。所以下文中就不特殊说明了，都是增强型。

1）MOS管的识别

首先，MOS管的电路符号如图：

MOS管的符号三个极中，中间的是栅极G，箭头指向栅极的是NMOS，箭头背向栅极的是PMOS；与箭头相连的是源极S，不相连的是漏极D。

工程中实际的MOS管内部一般都有一个二极管，称为寄生二极管，实际的原理图如下图：

 NMOS内部的二极管正极在S端；而PMOS的二极管正极在D端。

2）MOS管的使用

和三极管一样，分立器件MOS管的用法大多也是当做开关来用，这里也只讲当做开关的用法。

因为这里讲的都是增强型MOS管，初始时如果栅极G不加电压，那么源极S和漏极D就是不导通的。在一定的条件下，可以导通：NMOS管的导通条件是栅极G电压大于源极S电压一定的值时，MOS管导通；而PMOS管则是栅极G电压小于源极S电压一定的值时，MOS管导通。

这里所说的“一定值”依据不同种类的MOS不同，需要查询它们的手册确定，有低压1~2V就能导通的，也有大功率需要10v以上才能导通的。如果达不到这个一定值，可能会不完全导通，或者不导通。

在实际使用时，由于MOS内部还有一个寄生二极管，所以一般只能用作单向的导通、切断，不能接反，否则电流会直接从二极管流过，不能关断。

如NMOS的仿真图：

 这里的G电压比S电压高5V。从电阻两端的电压、电流测量值可以看出，MOS管相当于导通。这里注意NMOS的接法，D极必须接到电压高的一端，S极接到电压低的一端，这样内部二级管反偏不会导通，撤除V2后，才能关断。否则如果D、S接反，电流会直接从二级管流过，无法关断。

再看一个PMOS的仿真图：

 这个图按上一个NMOS图方法不难分析，S端必须接到电压高的一端，否则二级管会导致不能关断。但是，还需要注意的是G和S端的电压。由于PMOS导通时要求G端电压比S端低，所以负载R2只能接到D这一端，这样S端的电压就为12V，总是比G点的5V高，能一直导通；而如果负载R2和上图NMOS一样接到S端，那么当R2上有电流流过时，S端电压会下降，会一直降到G、S端的电压差不能保持完全导通，达到一个平衡点，如下图所示：

这个错误的电路可以这么分析，初始时，PMOS还处于关断状态时，G电压为5V，S电压为12V，G低于S电压7V，可以完全导通；当R4上的电流上升时，R4上的电压增大，所以S点的电压会下降，当下降到一个比较低的值时，G、S间的电压差已经无法保持MOS管完全导通，S、D间的等效电阻增大，电流被限制；图中是S点降到了6.29V时，最终达到一个平衡点。

此时的状态有6.29V*57.1mA的功率损耗在MOS管上，如果这个功率足够大，就可能烧毁MOS管。

最后看一个实用的电路，这个电路实现了防止电源接反的功能，图中R3为负载：

我们知道，简单串联一个二极管在电路里，也可以实现电源防反接，但是这个电路有什么优点呢？

当电源如图中正确连接时，G点为0V，DS间有二极管会使得S端电压接近12V，所以MOS管会导通，此时由于MOS的等效电阻非常小，小于寄生二极管的等效电阻，电流的大部分会从MOS管流过，功率损耗比较小，尤其当电流非常大时能降低不少功耗。

当电源接反时，G、S点都为0V，MOS管不导通，寄生二极管也不导通，所以防止了接反时负电压与加到负载上。实现了电源防反接。

3）MOS管与三级管的比较

MOS管是电压驱动器件，不同于三极管是由电流驱动的，所以二者的驱动电路有不同。

MOS管在导通时，等效的电阻非常小，可以达到毫欧级，用作开关时D、S间的压降也会非常小；而三极管在饱和时，C、E间总会存在零点几伏的压差，有时会产生较大的功率损耗；所以，在用于控制较大电流的开关时，使用MOS管更合适。

MOS管只要满足G、S间的电压关系，就能让电流通过，电流可正可反，但由于内部有寄生二极管，接反会导致不能关断，所以实际使用时只有一个方向能关断；而三极管的电流只能有一个流向，NPN型的只能从集电极C流向发射极E，PNP的只能从发射极E流向集电极C。

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