1.MOS管的结构MOS管是现代电子电路中最基础和最重要的半导体器件之一广泛应用于开关电源、放大电路、数字逻辑电路等领域。基本结构MOS管由三个电极组成栅极Gate, G控制电极通过电压控制沟道形成漏极Drain, D电流输出端源极Source, S电流输入端核心结构是在半导体衬底上形成一层金属-氧化物-半导体结构栅极与沟道之间由绝缘层通常是二氧化硅SiO₂隔离因此输入阻抗极高。由于二氧化硅SiO₂的绝缘特性MOS管的三个组成部分——栅极、源极和漏极彼此绝缘。正如电容章节所述任何两个互不导通的绝缘体都可以视为电容结构。同样地MOS管的三个电极之间也会相互形成寄生电容。如图1所示图1NMOS管如图2所示NMOS就是在源极和漏极掺加N型半导体材料在衬底掺加P型材料源极和衬底相连图2PMOS管如图2所示NMOS就是在源极和漏极掺加P型半导体材料在衬底掺加N型材料源极和衬底相连图32.MOS管的导通条件类型导通条件截止条件典型应用N沟道 (NMOS)VGS​VGS(th)​正值通常 1V~4VVGS​VGS(th)​低端开关、大电流驱动P沟道 (PMOS)VGS​VGS(th)​负值通常 -1V~-4VVGS​VGS(th)​高端开关、电源管理例子导通条件VGS​VGS(th)​VGS​栅极-源极电压VGS(th)​ }$阈值电压典型值1-3V具体看型号当栅极电压比源极高出一个阈值以上时形成导电沟道图4图5图5和图4的实验电路图表明当外部控制开关K1闭合时在N沟道增强型MOSFET的工作状态下需同时满足以下三个条件才能使其导通栅极(g)相对于源极(s)施加5V驱动电压漏极(d)通过负载电阻接地实测对地电压为0V栅源电压V_GS5V显著超过该型号MOS管的阈值电压V_th假设V_th2V。此时MOS管沟道完全形成呈现低阻态。导通状态下漏极电流I_D可顺畅地从漏极流向源极相当于开关闭合。PMOS的大家可以根据结论进行仿真验证。3.MOS管寄生电容在MOS管的结构中由于三个电极栅极G、源极S、漏极D之间通过绝缘介质隔离因此会不可避免地形成寄生电容效应 具体参考图1。那么寄生电容会产生什么样的影响呢这里用栅极G、漏极D之间的寄生电容举例图6从图6中可以看到栅极和漏极之间形成了寄生电容那么寄生电容会对电路产生什么影响呢接下来往下看图7图8如图7和图8所示开关闭合时栅极电压为3V。当开关断开后栅极电压并未立即降至0V而是维持在3V。由于开关已断开且栅极与漏极之间绝缘电容无法通过外部电路放电。理论上栅极电压应保持3V不变。然而在实际情况下MOS管无法实现完全绝缘仍存在漏电现象。图8显示栅极电压会从3V开始缓慢下降。如果此时你手中有硬件实物的话可以自行进行验证把途中漏极的电阻换为LED不要忘了加上限流电阻你会发现当开关闭合时LED正常常亮但是当开关断开后LED不会立马熄灭 会有一个延迟断电的效果。此时栅极电压3V高于源极电压0V导致MOS管处于微导通状态。但随着寄生电容能量的逐渐消耗LED最终会熄灭。LED熄灭的时间也是可以进行计算的在电容章节我们学过时间常数时间常数ε C * R这是只需要在源极与地之间加上足够大的电阻就可以进行对LED熄灭时间的延长。4.MOS管寄生二极管这是MOS管中最显著的寄生二极管形成机制如下结构来源MOSFET本质上是一个四端器件栅极(G)、漏极(D)、源极(S)、体/衬底(Body/Bulk)在大多数功率MOSFET中源极与体衬底在内部被短接在一起这就形成了一个由P-体区 / N-漏区构成的PN结图9图10图9是NMOS的寄生二极管的结构图10是PMOS的寄生二极管结构。4.1寄生二极管的对电路的影响图11从图11中可以观察到以下现象当开关断开时栅极电压为0V源极电压也为0V此时Vgs0V-Vth阈值电压。对于PMOS管而言导通条件要求VgsVth负值因此此时并不满足PMOS管的导通条件。然而实验数据显示此时MOS管中仍有电流流过这种现象主要是由MOS管内部结构中的寄生二极管又称体二极管造成的。5.注意事项MOS管做电源开关时的注意事项NMOSNMOS多数时候都是做负载端的开关S源极接地那么如果S极不接地容易产生些什么影响呢图12从图12中可以看到当开关闭合后mos管导通此时12v流过mos管此时示波器探头处的电压并不和想象的一样为12V。这是因为此时mos s源极下端接的负载电阻mos导通后探头出的电压会缓慢上升但是由于mos管的导通条件Vg - Vs Vth mos才导通假设此时mos导通电压为2v由于s极电压缓慢升到3v后再往上升mos就不导通了此时电压就被限制在导通电压附近。那么如何解决呢?最直接的方法就是让G极电压始终大于S极图13从图13中可以看到当G极电压24Vmos导通后G极电压24V始终大于S极电压12Vmos始终处于饱和导通状态。图14或者如图14所示G极电压和S极电压始终存在5v压差大于导通压降mos始终处于导通状态。6.DS可以双向导通图14从图14中看到当Vgs电压满足mos导通条件后DS之间会形成一个让电子通过的沟道 此沟道允许流过但是没有正反方向。那么我们是不是会产生一个想法 让电流反向流过会怎么样呢在前面啊的章节中学过三极管同为电子开关 三极管的电流只能有一个方向 有反向耐压当反向电流过大会击穿三极管在mos中是一样的吗图15图16从图1516中可以看到我在仿真中通过调对12V的电源的方向随后用万用表测量mos管DS极可以看到mos正常导通。