【硬核】把一个MOS管制作成开关电路

硬件花园 · 发表于 2023-11-14 21:00:00

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你要是想读懂这篇文章，请先去了解MOS管的基础知识，本文是在基础之上做出的一部分扩展，可能有一点点深，请各位同学注意。本文带你了解MOS管的开通/关断原理，使用PMOS做上管、NMOS做下管都是比较方便，使用PMOS做下管、NMOS做上管的电路设计复杂，一般情况下意义不大，所以很少采用。
下面先了解MOS管的开通/关断原理，请看下图：

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PMOS和NMOS的开通/关断原理主要基于半导体材料的特性。
NMOS管是压控型器件，其栅极（G极）与源极（S极）之间的电压VGS大于开启电压时，内部沟道在场强的作用下导通。当VGS电压小于开启电压时，内部沟道截止。VGS电压越高，内部场强越大，导通程度越高，导通电阻Ron越小。需要注意的是，VGS电压不能超过芯片允许的极限电压。NMOS管一般作为低端驱动器件，源级S接地。所以，NMOS管的主回路电流方向为D→S，导通条件为VGS有一定的压差，一般为5-10V（G电位比S电位高）。
PMOS管的使用原理与NMOS类似，只不过PMOS管的源级（S极）接电源VCC，S极电压固定。只需G极电压比S极低6V即可导通。使用PMOS管当上管时，D极接地，S极的电压不固定（0V或VCC），无法确定控制极G极的电压，使用较麻烦，需采用隔离电压设计。所以，PMOS管的主回路电流方向是S→D，导通条件为VGS有一定的压差，一般为-5-10V（S电位比G电位高）。
NMOS管
NMOS管也是压控型器件，其栅极（G极）与源极（S极）之间的电压VGS大于开启电压时，内部沟道在场强的作用下导通。当VGS电压小于开启电压时，内部沟道截止。
当NMOS管的门极（G极）接收到一个高电平时，它相当于一个电阻，将电流引入通道中，从而产生电路通路。此时，内部沟道在场强的作用下导通，电流可以从源级（S极）流向漏级（D极）。
相反，当门极（G极）接收到一个低电平时，NMOS管相当于一个断开开关，将内部沟道关闭，从而中断电路。此时，没有电流可以从源级（S极）流向漏级（D极）。

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PMOS管PMOS管是一种通过电压来控制电流的元件。其通断原理与NMOS类似，但PMOS管的源级（S极）接电源正极，栅极（G极）电压比源级（S极）低6V即可导通。
当PMOS管的门极（G极）接收到一个高电平时，它相当于一个电阻，将电流引入通道中，从而产生电路通路。此时，内部沟道在场强的作用下导通，电流可以从源级（S极）流向漏级（D极）。
相反，当门极（G极）接收到一个低电平时，PMOS管相当于一个断开开关，将内部沟道关闭，从而中断电路。此时，没有电流可以从源级（S极）流向漏级（D极）。
因此，PMOS开关电路通常被用于控制电路的电源。当输入信号为高电平时，PMOS开关电路会打开，从而将电源电压传递到电路中。当输入信号为低电平时，PMOS开关电路会关闭，从而阻止电源电压传递到电路中。

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