MOS管基础知识详解
MOS管基础知识详解
MOS管（金属氧化物半导体场效应晶体管）是电子工程领域中一种重要的半导体器件，广泛应用于各种电子设备中。本文将详细介绍MOS管的工作原理、特性以及在单片机中的应用，帮助读者更好地理解这一重要器件。
我们在学习的时候，总是会把三极管和MOS管的特点混淆或者不清楚，这里我为大家总结一下。
三极管的实质是：用较小的基极电流信号去控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用，而不是能量的放大。是电流控制器件。
MOS管是用栅极的电压去控制漏极的电流。是电压控制器件。这就是三极管和MOS管工作上的区别。
如下是三极管和MOS管的原理图
MOS管又分P沟道和N沟道，所以MOS管的导通也有区分：
N沟道：Ug＞Us时，源极（S）漏极（D）导通。
P沟道：Ug＜Us时，源极（S）漏极（D）导通。
PMOS管与NMOS管原理图区分
可以看MOS管的箭头方向，也可以通过寄生二极管的方向判断。
MOS管的工作特性
MOS管有4个工作状态区：非饱和区，饱和区，截止区，击穿区。
非饱和区：
沟道夹断前对应的工作区。
条件：Vgs＞Vgs（th）；Vds＜Vgs - Vgs（th）
Vgs（th）为MOS管的导通电压。
特点：Id同时受Vgs与Vds的控制。
注意：可变电阻，影响MOS管的导通频率，想要降低一般采取降低电容参数，或者Vgs。
因此非饱和区又称可变电阻区 。非饱和区相当于三极管的饱和区。
我们需要MOS管充当开关时，需要MOS管工作在非饱和区-截止区。
饱和区
沟道预夹断后对应的工作区。
条件：Vgs＞Vgs（th）；Vds＞Vgs - Vgs（th）
特点：Id只受Vgs控制，而与Vds近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。
考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随Vds的增加略有上翘。
截止区
Id=0以下的工作区
条件：Vgs＜Vgs（th）
沟道未形成的工作区
特点：Id≈0；Is≈0
相当于MOS管三个电极断开。
击穿区
Vds增加到一定值时导致漏衬PN结雪崩击穿导致Id剧增。
MOS管的应用
单片机中Push-Pull电路，Open-Drain电路
在STM32单片机中，有一部分电路为Push-Pull电路，Open-Drain电路，利用了MOS管组成的反相器，原理图如下：
①当处于推挽输出时，P-MOS管导通电压上拉，高电平；N-MOS管导通电压下拉，低电平。
当处于开漏输出时需要进行外部上拉，P-MOS管不作用，N-MOS管导通进行下拉，N-MOS管不导通时，外部上拉。
当MOS管都不作用时（不往寄存器中写入高低电平数据），引脚悬空。因为确保外部电压为低电平，所以使用R2来进行下拉。
MOS管电平转换
如下是一个很经典的IIC电路：
我们把MOS管电路放大分析：
有4个逻辑变换：
①Master给Slave发1（高电平），实现3.3V转5V的电平切换（有些需要5V电源）高电平传递。
原理分析：当Master给1时，Us=Ug，此时MOS管不导通，所以此时Slave被上拉电阻上拉为5V。
②Master给Slave发0（低电平），实现低电平信息传递。
原理分析：当Msater给0时，Us=0
③Slave给Master发1（高电平），实现高电平传递。
原理分析：当Slave给1时，Master处于输入状态，Master处于高阻状态，很容易判断MOS管处于截止状态，所以此时Master的状态被上拉电阻拉高，处于高电平。
④Slave给Master发0（低电平），实现低电平传递。（很重要，很容易搞错）
原理分析：当Slave给0时，Ud上电压为0，此时由于上拉电阻的原因Us和Ug都为3.3V，没有导通，所以很容易错判此时没有实现电平的转换。但是此时有个很重要的东西寄生二极管的存在，此时Us>Ud，二极管正向导通，此时Us的电压变为0.7V，此时MOS管导通，所以Us的电压再变为0，所以此时实现了低电平的转换。
以上就是一些我认为比较重要而且对大家有帮助的MOS管案例应用的知识。还有一个比较重要的MOS管电平转换应用，这里因为时间有限，以后有机会分享给大家。
希望这篇文章对给有帮助，谢谢大家