MOS场效应管简单原理、应用电路、波形图

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此文说明：主要以增强型NMOS管的特性来说明,Vds/Uds、Vgs/Ugs意思一样，其它类比。

原理：1-7步图示说明

↑ 第1步、说明

↑ 第2、3步，第3、4步时Vds < Vgs-Vth

↑ 第4、5步，第5步时Vds ≈ Vgs-Vth

↑ 第6、7步，Vds > Vgs-Vth

特性：

输出特性：栅源电压Ugs取某些值时，漏极电流Id与漏源电压Uds的关系曲线。

• ①可变电阻区：条件Ugs>Uth,Uds<Ugs – Uth，Ugs固定时，Id随Uds线性改变。相当于三极管的饱和区。
• ②饱和区（放大区）：条件Ugs>Uth,Uds>Ugs – Uth，Ugs固定时，Id恒定。Id随Ugs改变，相当于三极管放大区。
• ③击穿区：Uds超过管子的极值时，PN结被击穿，Id剧增。

转移特性：当漏源电压Uds为一固定值时,栅源电压Ugs和漏极电流Id之间的关系曲线。

• 开启电压Ut或Uth: 当漏源电压Uds为一定值时，由截止到导通的栅源电压Ugs临界值。
• 互导gm: 当漏源Uds电压为一定值时,漏极电流的变化量△Id与栅源电压变化量△Ugs的比值，即gm=△Id/△Ugs 。

应用：高、低端驱动，电子开关

↑ 高低端驱动原理

• 高低端驱动：相对负载来说的，高端驱动即在负载高电压处控制，低端驱动则反之。
• 基本原理：Vgs>Vth阀值时导通，Vgs=0时截止。
• 高端驱动特点：通常用PMOS管，栅源间控制电压大，电路复杂些，关断后负载不带电。如果用NMOS作高端驱动则要增加栅极驱动IC。
• 低端驱动特点：通常用NMOS管，控制电压小，开关速度快，导通内阻小，额定电流大。

↑ 高端驱动应用例子

↑ 波形图，蓝色为控制信号

高端驱动例子说明：

• R2为负载，主开关管Q3(PMOS)，辅助开关管Q2，V3为控制信号。
• 原理：V3=0时，Q3的Vgs=0，关闭；V3=1(5V)时，Q3的Vgs=-12V，导通。
• 栅极控制电压V3通常较低，当被控制的Vds电压比较大时难以匹配，此时增加一个NMOS管Q2来达到目的。
• Q3的Vgs极值是±20V，稳压管D1是用来将Vgs钳位于12V以内的。

注意事项：

1. 小功率MOS管导通电阻大约几十mΩ，在导通和截止的时候，开关损失比导通损失大得多，所以缩短开关时间。
2. 另外Vgs越高，导通速度越快，导通瞬间电阻也越小。
3. 由于极间电容的存在，在开通瞬间的G、S间的短路电流较大。
4. 导通条件是栅极电压大于源极电压，导通后D、S电压相同，所以这时栅极电压要大3-12V以上。
5. PMOS导通内阻较大，适用于低功率情况。

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