基于MOS管的开关电路

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一、MOS管硬性知识

1.1三个极的判定

G极(gate)—栅极
S极(source)—源极，不论是P沟道还是N沟道，两根线相交的就是
D极(drain)—漏极，不论是P沟道还是N沟道，是单独引线的那边

1.2N沟道与P沟道判别妙招

类比三极管的N、P类型区别方式，箭头时钟始终由P指向N。

上图中左边这个，由P指向N，并且在一侧的也为N（图中椭圆），故是NPN；

上图中右边这个，由P指向N，并且在一侧的也为P（图中椭圆），故是PNP；

1.3寄生二极管方向判定

不论N沟道还是P沟道MOS管，箭头方向和寄生二极管的箭头方向总是一致的：

要么都由S指向D，要么都有D指向S

反证法加强理解
NMOS假如：S接输入，D接输出。由于寄生二极管直接导通，因此S极电压可以无条件到D极，MOS管就失去了开关的作用（看完笔记就能看懂这句话了）

1.4MOS开关实现的功能

1. 信号切换
2. 电压通断

1.5从MOS管实物识别管脚

二、N型和P型增强型MOS管的基础知识

一些知识点以N沟道增强型为例说明，P沟道增强型可以类比。

2.1结构对比 

最主要区别在于：衬底和挖出的两个电极半导体类型不同。

N沟道增强型：为P型衬底，挖出电极为N型，两电极之间需要导通则要形成N型导电沟道，故被称为N沟道增强型。

2.2导电沟道及开启条件对比

N沟道增强型两电极之间需要导通则要形成N型导电沟道，g和s之间（实际是g和B之间，但是s和B

相通）电压必须足够高（正电荷），来吸引负电荷导通两个N电极。

故开启条件：，大于正的。

注意，P沟道增强型的开启条件是小于负的。

三、共源接法电路图对比

意味着P沟道增强型的G端接MCU时，想要P管导通，MCU对应端口输出负电压（如：-3.3V）

四、基于MOS管的开关电路

一些知识点以N沟道增强型为例说明，P沟道增强型可以类比。

4.1NMOS管单开关电路的结构

4.2NMOS管单开关电路实现高低电平输出

MOS管当开关管使用时，工作在以下两个区:

1. 截止区→开关闭合
2. 可变电阻区→带电阻的闭合开关

4.2.1输入为低电平

上图中，为MOS管断开时的等效电阻；为输出高电平（O为OUT，H为Hight）。

输入为低电平→MOS管断开→输出高电平。

4.2.2输入为高电平

上图中，为MOS管导通时的等效电阻；为输出低电平（O为OUT，L为Low）。

输入为高电平→MOS管导通→输出低电平。

4.3PMOS管类比

4.4上下拉电阻的作用

上面的图为了说明原理，没有加上下拉电阻，但是在实际布线中上下拉电阻是必要的。

（1）电时给MOS管的栅极一个确定的电平，防止上电时GPIO为高阻状态时MOs栅极电平不确定受到干扰。

（2）断电时，如果MOS是导通的状态，Gs间的寄生电容没有放电路径，电阻给cgs一个放电路径。

（3）防止静电击穿。电荷累积在栅极，有击穿的风险。

五、输出特性曲线对比

六、三极管开关电路和MOS管开关电路的对比

最根本的区别：三极管（BJT）是电流控制器件，MOS是电压控制器件

（1）驱动

三极管（BJT）是电流驱动型，三极管需要较大的控制电流，很多时候需要逐级放大。

MOS管为电压驱动型，只需要给电压即可。MOS管的栅极电流极小，几乎可以忽略。即便栅极串入一个100K的电阻，只要电压够，MOS管还是能够导通。

（2）压降

MOS管饱和导通时产生的压降理论上为0，比BJT饱和压降低，所以耗散功率小，效率也更高，所以一般的功率开关管会选择MOS管而不是BJT。

（3）温度特性

MOS管的温度特性要比三极管好。

（4）总结

MOS管比三极管最大的优点是所需的驱动功率小，用MOS管做电源驱动时，只需要一个驱动电压信号即可，就可以控制很大的电源电流了（几安培到几十安培），控制很方便。如果用三极管，需要几级推动电路，将控制电流逐步加大，也就是多级放大，常见的方式是达林顿电路，这样在设计电路时就很繁琐了，调试也费劲。

另外MOS管的输入阻抗接近无穷，所以最大程度的分压，用作开关静态时，漏电小，功耗小。

不过MOS管并不是没有缺点的，由于MOS管的栅电容的天然缺点，会影响它的开关速度，同样用途的管子，一般BJT要比MOS的速度更快。

当然，这里面还有个成本问题，相对来说，三极管是最便宜的，mos管次之，IGBT就贵很多了。补充说明：实际的应用中大功率的三极管也是有的！最后，我想说，其实这些“开关”本无好坏之分，够用就好！

来自很久以后的小醒的一句话，因为不知道这句话应该加在哪，就加在这吧，也不知道大家能不能看的懂。

1. MOS 管的栅极并联一个电阻到地（上面也有介绍），是为了给栅极提供一个原始电压，使之可以快点导通。
2. MOS 管的栅极串联一个电阻（也被称之为栅极电阻），为是为了阻挡一下电流，使电流刚开始的时候对消一点电流的过冲。
   同时如果输入信号是方波的话，没有栅极电阻 MOS 很有可能会出现电平抖动，增加栅极电阻就可以解决这个问题。
   抖动说明这是一个二阶系统，阻尼过小，增加栅极电阻刚好可以增加阻尼。
   但是添加的栅极电阻也不可以太大，太大就会出现过阻尼的现象，方波的边沿变成弧形或者球形。
   
   
   

本文参考：三极管和MOS管作为开关管使用时，有什么区别？该如何选择？

原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_/article/details/