MOS管详细学习笔记

这个博主讲的非常好：如果更愿意看视频的可以去看看，Mos管的工作原理_哔哩哔哩_bilibili

第一阶段：基本基础

1. 导体 和 绝缘体

• 导体：像铜线，电子可以在里面高速运动的，想象高速公路。
• 绝缘体：像香蕉、空气，正常情况下电子几乎不能移动，就像被堵住的墙。

2. 半导体

世界上有一个东西叫硅，它简单来说：

• 纯净的时候，它像绝缘体，不导电。
• 但如果我们给它参杂一些杂质，它就能导电了。

这就是掺杂：

• N型半导体：掺入多余的电子（带负电，Negative），可以把它想象成充满自由电子的土块。
• P型半导体：参入少了电子的物质，导致里面有很多空穴（带正电，Positive），可以把他想象成很多空座位的土块。

3. PN结（单向阀门）

如果我们把 P型 和 N型 半导体贴到一起，就会发现下面的几件事：

• 电流只能从P流向N。
• 如果像反着来？门都没有！
• 结论：这个就叫二极管，也就是电子世界的单向阀门。

第二阶段：MOS管到底是什么？

MOS管的全称是：金属-氧化物-半导体场效应晶体管。 名字太长，别管它。你只需要知道它是一个 “压控开关” 。

1. 想象一下它的结构（三明治）

想象我们要盖一个房子：

1. 地基（衬底） ：我们要一块P型半导体作为大地。
2. 两个水库（源极和漏极） ：我们在大地上挖两个坑，填上N型半导体。左边的叫 源极 (Source，简称 S) —— 水（电）的来源。右边的叫 漏极 (Drain，简称 D) —— 水（电）流出去的地方。
3. 中间的阻隔：现在S和D中间隔着P型的大地，电流流不过去（因为中间形成了两个背靠背的PN结，死路一条）。
4. 绝缘层（氧化物） ：我们在S和D中间的那个P型地面上，铺一层极薄的玻璃（二氧化硅） 。这是一层绝缘体，电通不过去。
5. 控制把手（栅极） ：我们在玻璃上面放一块金属板。这块金属板叫 栅极 (Gate，简称 G) —— 它是门神。

总结三个极：

• G (Gate) ：开关的把手。
• S (Source) ：电流进来的地方（通常接地）。
• D (Drain) ：电流去往负载的地方。

3. 第三阶段：MOS管是怎么工作的

现在，我们把MOS管接进电路。

+12V (电源正极)
    │
    ├───────────[ 风扇/负载 ]──────────┐
                                      │
                                    D │ (漏极 Drain)
                                 ┌────┴────┐
                                 │         │
                                 │  NMOS   │
控制信号 ───[R1]───┬──────────────┤G       S├───────┐
(例如5V)     100Ω  │              │ (MOSFET)│       │
                  │              └─────────┘       │
                  │                                │
                 [R2]                            GND
                 10kΩ                             │
                  │                               │
                 GND ───────────────────────────────┘
(电源负极/系统地)

场景一：什么都不做

• 状态：G栅极没有电
• 结果：S和D之间隔着P型半导体，电子过不去。
• 表现：开关断开，风扇不转。

场景二：给栅极（G）加正电压

• 动作：我们在G极接上一个正电压（比如5V）。

• 微观变化（重点来了） ：

  1. G极带正电，根据“异性相吸”，它会透过中间那层绝缘的玻璃，拼命吸引地基（P型半导体）深处的电子跑上来。
  2. 这些电子聚集在绝缘层下面，硬生生地在S极和D极之间搭出了一座 “电子桥” （专业术语叫沟道）。
  3. 本来S和D是不通的，现在有了这座电子桥，路通了！

• 结果：电流瞬间从D流向S（电子从S流向D）。

• 表现：开关闭合，风扇转了！

场景三：撤掉栅极电压

• 动作：把G级电压拿走，或者直接接地。
• 微观表现：没有正电吸引，电子桥散伙了，电子哪来回哪去了，路断了。
• 表现：开关断开，风扇停止。

第四阶段：为什么大家都爱用

既然它就是个开关，我和家里的墙壁开关有什么区别？

1. 它不用力气（高阻抗） ：墙壁开关要你用力按。三极管（BJT）需要持续的电流才能保持导通。MOS管：G极下面是绝缘层（那块玻璃），理论上G极完全不费电！ 你只要给它一个电压（像是在那里举个牌子），它就干活。这叫“电压控制”。
2. 速度极快：它一秒钟可以开关几万次甚至几百万次（PWM调光就是靠这个，让灯闪得太快，人眼看着就像变暗了）。
3. 压降小：好的MOS管导通时，电阻非常非常小（几毫欧），几乎不发热。

第五阶段：避坑指南

既然你是初学者，市面上90%的情况你只会用到一种MOS管，叫 “N沟道增强型MOS管” (NMOS) 。

怎么接线？（以此为例）

假设你要用单片机（或者一个3V的电池）控制一个12V的大灯泡。

1. S (源极) ：直接接电源的负极 (GND) 。口诀：S接地。
2. D (漏极) ：接灯泡的负极。（灯泡的正极接12V电源）。口诀：D接活。
3. G (栅极) ：接你的控制信号（比如单片机的引脚，或者开关）。口诀：G管事。

这只是举一个例子，可能会出现以下几种情况。

1. 开启电压 (Vgs_th) ：

   • 就像水龙头的旋钮，你得拧到一定程度才有水。MOS管的G极电压必须大于一定数值（比如3V或4V）才能导通。
   • 建议：如果你用3.3V的单片机控制，一定要买“逻辑电平MOS管”，否则可能打不开。

2. 静电怕怕：

   • MOS管中间那层绝缘层（玻璃）非常薄，特别容易被静电击穿。
   • 操作：拿MOS管之前摸摸墙壁或金属桌腿，放掉手上的静电。

3. 下拉电阻：

   • G极就像一个充满气的气球，如果你断开控制信号，里面的电荷可能散不掉，导致MOS管一直开着或者半开不开（发热烧毁）。
   • 解决：在G和S之间接一个电阻（比如10kΩ），当你没给信号时，让电荷偷偷溜走，确保关断。

总结

MOS管其实就是：一个中间隔着一层玻璃的开关。当你给玻璃上面加电压，玻璃下面的电子就会聚过来搭桥，让路通了。

• 没有电压 -> 路断 -> 关
• 有电压 -> 搭桥 -> 开