三极管和MOS管傻傻分不清楚？由浅入深讲懂怎么应用MOS管

社会你太傅

已于 2025-02-19 08:32:09 修改

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文章标签：单片机嵌入式硬件

于 2025-02-18 11:49:58 首次发布

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前言

上一篇文章讲到了三极管的理解，然而在工作和学习中我们总是会三极管和MOS管傻傻分不清楚，怎么样好理解的去看待MOS管呢？

一、简单讲解：

首先先看一下mos管长什么样子:

原理图（两种表达的同一个意思）：

封装:

MOS管的功能有两个：①开关 ②放大。由于放大使用较少，这里着重讲开关功能。三个引脚名称：G：gate 栅极；S：source 源极；D：drain 漏极。这里非常容易与三极管的引脚混淆。下面就讲讲怎么去理解记忆。

二、小白理解法：

我们先以NMOS为例进行讲解：

这是一个NMOS使用示意图，补充知识点：

①MOS管内部是“空的”，也就是说G极与D极、S极是隔开的，并没有连在一起。

②我们常说的电流方向指的是正电荷的流动方向，而实际电路中，电流是负电荷（电子）的流动引起的。

因此再看这张图片，电子从电池的负极流出，从S极（源极）流进MOS管，如果MOS管打开，那么电子就会从D极（漏极）出去。

当电池电量低时，NMOS没有打开。当电池电压达到一定值时，例如5V，达到了了可以导通MOS的电压，会发生什么呢？

电流流向了G极（栅极），因此有大量的正电荷聚集在G极（栅极）。因此负电荷被吸引，逐渐聚集在靠近G极的位置，这就是箭头A的由来。

达到这个状态时，MOS管就可以导通了，电流（正电荷）从电池正极出来，由D极流过S极，最后回到电池负极，形成回路。

同时，根据上图，我们也可以看出来导通时，S极一定是小于D极和G极的，因此Vgs>0；Vds>0。MOS管开关中，我们着重看待Vgs极（G极与S极的差值）的大小关系，后续会讲解。

三、具体应用

上图是一个应用中常见的NMOS应用电路，还记得我们说电子方向是由S极向D极吗？那么电流方向（正电荷方向），是不是就应该是由D极向S极呢。

当我们给G极施加一个电压，该电压达到“一定大小时”，NMOS管导通，电流从D向S极。这时，灯泡亮起。当我们停止给G极的电压时，NMOS关闭，灯泡熄灭。

那么这个“一定大小”是多少呢？

这里需要补充四个参数的知识点：

①由于我们近似的将NMOS等效于右图，S极与D极之间等效出的电阻为Rds。

②G极与S极之间的电压称为Vgs。

③由于MOS制作工艺的原因，不可避免的产生了一个寄生电容，称为Cgs，该电容大小与Rds成反比。

④当Vgs的之间的电压不断增大，增大一定值时，MOS管的Rds近乎为0Ω，此时记为Vgsth

此时再看这张图就很清晰了，电压小于Vgsth时，NMOS管中的近似电阻Rds近乎无穷大，因此MOS管关闭，当超过Vgsth时，电阻近乎为0Ω，此时MOS即为打开。这也是为什么，MOS管称为压控型器件。

那么PMOS的特性怎么从之前的思路里推导呢？

与NMOS同理，当电子从电池负极流向G极并聚积在G极时，因此电子被排斥，从靠近G极向反方向移动，这就是箭头A的由来。

从上面的图片同NMOS同样思路推导，由于电子方向是从D极流向S极，那么电流方向就是S极流向D极，Vs＞Vd，Vs＞Vg，因此同理，Vgs<0时才会导通。所以PMOS的导通电压如下图：

就这样，NMOS与PMOS就讲完了。

四、进阶理解

上面的文章中，我们用好理解的方式讲解了NMOS的基本特性与简单应用，但其中，我们并没有从原理里讲清楚：

①G极施加电压后，正/负电荷被吸引，逐渐聚集在靠近G极的位置，这个位置是什么？

②MOS导通后，电流可以在D极与S极之间流动，但这是什么原因？

③S极与D极直接的箭头B是什么，有什么作用呢？

接下来，我们就要从三极管的构造将起，其中设计到一些半导体物理的知识，准备好，现在开始了，先看下图：

这是一个NMOS管的结构示意图，在一块浓度较低的 P型硅作为衬底，在两边制作两个浓度较高的 N 型区作为漏极（D）和源极（S），半导体表面覆盖二氧化硅绝缘层并引出一个电极作为栅极（G）。同时注意，示意图上可以看出，我们从衬底引出一条线短接到左边的N型区，那么因为N型区浓度更高，多数载流子——电子从N型区流向P区，成为MOS管电子流向的源头，因此称为源极。

在不通电的情况下，S与D极之间间隔，无法形成电流，而当Vgs>Vgsth时，栅极聚积的大量正电荷，吸引衬底中的电子聚积在S与D极直接的间隔处，形成了——导电沟道，因此电子可以从S极流向D极形成电流。

注意：这里会出现一个有意思的现象，因为导电沟道形成后，并不存在阻碍电流方向的情况，因此只要MOS管导通，电流可以S极-->D极，亦可以D极-->S极。之所以我们还是要定义源极漏极，是因为源极是与衬底连接的，从制造工艺上就定义了源极，因此源极漏极不能颠倒。

那么问题来了，那为什么我们要把S极与衬底连接呢？其实这种连接只在在单个MOS管中存在，集成芯片IC中是没有的。其目的是为了——保护MOS管。

P和N型半导体放到一起，总会形成PN结，也就是二极管。衬底和D之间形成PN结，称之为——体二极管，也就是箭头B的由来。因为S和衬底是接到一起的，因此不存在二极管了。

那么体二极管有什么作用呢？我们在仿真电路中实践一下，可以看到下图中，左侧输出电压控制了NMOS的开断。

而当我们把电源反接时会发生什么呢？

当我们反接后，左侧电压的大小不会影响右侧是否导通。且左侧电压在小于5V时的改变不会影响右侧的电流大小。当左侧电压大于5V小于6.5V时，电压改变会影响右侧电流，但当左侧带按压大于6.5V后，再增大也不会影响右侧电流大小。

这是因为，这里的NMOS导通电压我设置为1.5V，还记得我们之前提到的Vgs吗，这里的G极电压小于5V时，NMOS管都是关闭状态，不影响右侧电流，当G极电压大于S极电压时，NMOS管逐渐导通，直到Vgs>1.5V后，NMOS管完全导通，因此电流也最达到最大值。（实际应用时，我们使用MOS管的体二极管时，也应该将MOS管导通，这样MOS不会消耗额外的能力，就不容易发热）