MOS管基础知识及应用电路分析

MOS管的识别

在电路图上，要判断MOS管三个管脚，可以参照下图方式。

MOS管有P沟道和N沟道之分，给出一个MOS的电路符号，要判断它是N沟道，还是P沟道，参照下图。

寄生二极管

D极和S极之间存在着一个二极管，这个二极管叫寄生二极管。

它是由生产工艺造成的，大功率MOS管D极从硅片底部引出，就会有这个寄生二极管。小功率MOS管例如集成芯片中的MOS管是平面结构，D极引出方向是从硅片的上面也就是与S极等同一方向，没有这个二极管。但D极和衬底之间都存在寄生二极管。如果是单个晶体管，衬底当然接S极，因此自然在DS之间有二极管。

如果在IC里面，N—MOS衬底接最低的电压，P—MOS衬底接最高电压，不一定和S极相连，所以DS之间不一定有寄生二极管。

寄生二极管起什么作用呢？

当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过这个二极管导出来，不至于击穿这个MOS管，起到保护MOS管的作用。

不论N沟道还是P沟道MOS管，中间衬底箭头方向总是和寄生二极管的正方向一致。

MOS管的开关作用

先来看下面的电路原理图。

以上的MOS开关实现的是高低电平信号的切换。

MOS管在电路中要实现开关作用应该满足什么条件呢？MOS管接入电路哪个管脚接输入哪个管脚接输出？这里寄生二极管是关键。

我们先看MOS管做开关时在电路的接法。

反过来接行不行？不行。就拿NMOS管来说S极做输入D极做输出，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，同理PMOS管反过来接同样失去了开关作用。

接下来谈谈MOS管的开关条件，MOS管是压控型，导通由G和S极之间压差决定。

    对NMOS来说，Vg-Vs>Vgs(th)，即G极和S极的压差大于一定值，MOS管会导通，但是也不能大太多，否则烧坏MOS管，开启电压和其他参数可以看具体器件的SPEC。

    对PMOS来说，Vs-Vg>Vgs(th)，即S极和G极的压差大于一定值，MOS管会导通，同样的，具体参数看器件的SPEC。

MOS管隔离作用

如果我们想实现线路上电流的单向流通，比如只让电流由A->b，阻止由b->A，请问该怎么做?

如上图串联二极管的做法有一个缺点，二极管上会产生一个压降，损失一些电压信号。使用MOS管做隔离，在正向导通时，在控制极加合适的电压，可以让MOS管饱和导通，这样通过电流时几乎不产生压降。

下面我们来看一个防电源反接电路。

这个电路当电源反接时NMOS管截止，保护了负载。电源正接时由于NMOS管导通压降比较小，几乎不损失电压。

MOS管放大作用

MOS管具有功率放大的作用，可以结合三极管功率放大作用来理解。无论是MOS管还是三极管，控制极的电流都很小，输出级的电流很大。说明控制信号的内阻大，输出信号的内阻很小。

MOS管作为一个压控压型的器件，即管子的导通和关闭只考虑电压的阈值，这个时候就可以让电流很小，从而解决功耗问题。

因此对于MOS管而言，GS栅源极内部必然存在一个电容，因为只有电容才能存电充电，产生一个阈值，因此在GS栅源极内部必然有一个电容。谈到电压就需要想到电容，谈到电流需要想到电感的存在。则MOS管的等效模型在GS栅源极之间有个电容的存在，如下图所示。

开始时对电容进行充电，充到阈值后，在充电过程中是消耗电流和功耗的，但是一但充电完成，电容上面就没有电流了，即电容充满无电流，无电流则无损耗。

DS漏源极之间等效成一个可变电阻，这个可变电阻在关断期间阻值无穷大，在导通期间阻值无穷小。因此在DS漏源极导通期间电阻无穷小，即是有一个很大的电流，功耗依然很小。因此MOS管也可以实现放大，功耗又小的问题。

编辑：黄飞