「MOS管知识汇总」分类、区分、寄生二极管、导通条件、开关电路、串联电阻、米勒效应

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一、分类

场效应管分为结型（JFET）和金属-氧化物-半导体型（MOSFET）两种类型，MOSFET应用广泛，结型管（JFET）几乎不用，MOSFET一般称MOS管。

MOSFET有增强型（EMOS）和耗尽型（DMOS）两大类，增强型和耗尽型每一类下面都有NMOS和PMOS。一般主板上使用最多的是增强型的MOS管，NMOS最多，一般用在信号控制方面；其次是PMOS，PMOS用在电源开关等方面，耗尽型几乎不用。

场效应管分类

二、区分

箭头指向G极的为NMOS；箭头背向G极的为PMOS；
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NMOS和PMOS区分

三、寄生二极管

寄生二极管有的也叫体二极管。

NMOS寄生二极管由S极→D极，PMOS的寄生二极管由D极→S极。

寄生二极管和普通二极管一样，正接会导通，反接会截止。所以对于NMOS，当S极接正，D极接负，寄生二极管会导通，反之，截止；对于PMOS管，当D极接正，S极接负，寄生二极管导通，反之，截止。

当满足MOS管的导通条件时，MOS管的D极和S极会导通，因为MOS管的导通内阻极小，一般mΩ级别，1A级别的电流，也才mV级别，所以D极和S极之间的导通压降很小，不足以使寄生二极管导通，这点需要特别注意。

寄生二极管方向

四、导通条件

NMOS管导通条件：

$V_G-V_S>V_{GS(th)}$，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

PMOS管导通条件：

$V_S-V_G>V_{SG(th)}$，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

五、基本开关电路

1. NMOS管开关电路

MOS管截止状态，OUT通过R1上拉到5V，OUT=5V；

当GPIO_CTRL电压大于MOS管开启电压时，MOS管导通，D极电压等于S极电压，OUT=0V；

NMOS基本开关电路

2. PMOS管开关电路

PMOS最常用在电源开关中，下图，当GPIO_CRTL=0V时，S和G极压差大于MOS管开启电压时，MOS管导通，5V_VOUT=5V_VIN；

PMOS基本开关电路

六、与三极管比较

1. 三极管是电流控制，MOS管是电压控制，只容许从信号源取少量电流的情况下，选用MOS管；在信号电压较低，有容许从信号源取较多电流的条件下，选用三极管。
2. MOS管是单极性器件（靠一种多数载流子导电），三极管是双极性器件（既有多数载流子，也要少数载流子导电）。
3. 有些MOS管的源极和漏极可以互换运用，栅极也可正可负，灵活性比三极管好。
4. MOS管应用普遍，可以在很小电流和很低电压下工作。
5. MOS管输入阻抗大，低噪声。
6. MOS管较贵，三极管的损耗大。
7. MOS管常用来作为电源开关，以及大电流开关电路、高频高速电路中，三极管常用来数字电路开关控制。

七、GS串联电阻

• MOS管的输入阻抗很大，容易受外界信号的干扰，只要少量的静电，就会使G-S极间的等效电容两端产生很高的电压，如果不及时把这些静电泄放掉，两端的高压就会使MOS管产生误动作，甚至有可能击穿G-S极；
• 提供偏置电压。

八、G极串联电阻

• 减缓$R_{ds}$从无穷大到$R_{ds}(on)$；
• 防止震荡，一般单片机的I/O输出口都会带点杂散电感，在电压突变的情况下，可能与栅极电容形成LC震荡，串联电阻可以增大阻尼减小震荡效果；
• 减小栅极充电峰值电流。

十、米勒效应

1. 概述

MOS管的米勒效应是由于MOS管内部的米勒电容导致的。

当对MOS管的G极加电压时，MOS管的开启和关闭其实是对GS之间的电容$C_{GS}$进行充放电，当充电电压达到开启电压时，MOS管会导通；MOS导通之后，$V_{DS}$电压会下降，$I_{DS}$上升，此时MOS管趋近饱和，由于米勒效应，$V_{GS}$会持续一段时间不上升，这个不变的地方叫米勒平台，此时$I_{DS}$已经达到最大，$V_{DS}$还在继续下降，等到米勒电容充满电，$V_{GS}$会继续升高，直到MOS管彻底导通，$V_{DS}$几乎为0。

可以看出，因为米勒电容的作用，使MOS管开启时间变慢，因为MOS管的开通是一个从无到有的过程，D极和S极交叠的区域变大，MOS管损耗变大。

米勒平台

2. 产生原因

我们知道在MOS导通前，D极电压大于G极电压，MOS管寄生电容Cgd储存的电量需要在其导通时注入G极与其中的电荷中和，因为MOS管完全导通后G极电压是大于D极电压的。

想了解更多关于米勒效应的内容，可以参考MOS管的米勒效应

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永远相信美好的事情即将发生！作者记得诚，写于安徽合肥，时间2020-02-21 PM17:45