2.4.2 MOS管做开关使用的简单方法
MOS管的原理，在教科书和一些专著上，已经讲得很清楚了，这里只想讲MOS的具体应用，从复杂的原理中将关键点抽取出来，不再让大家到大海里去捞针了，拿来即用。
晶体管可以用作开关，但导通后的管压降（也叫饱和电压降）在大电流时就不得不引起高度重视。晶体管用于发光二极管、继电器一类的开关控制很实用，也很便宜。但在安培级电流的电路里，就不得不考虑使用MOS管了，它的导通电阻可以低至几毫欧！而且MOS管属于电压控制器件，控制电路也比较简单，但它易被静电损坏，又让人望而却步。
1.MOS管的重要参数
1）开启电压VGS(th)，这里用Vth表示，也称阈值电压，是栅、源之间所加的电压。
2）饱和漏电流IDSS，指的是在VGS=0的情况下，当VDS＞|Vth|时的漏极电流称为饱和漏电流IDSS。
3）最大漏源电压VDS。
4）最大栅源电压VGS。
5）直流输入电阻RGS。
MOS管又分为PMOS管和NMOS管，要记住是N沟道还是P沟道的符号，把它与晶体管对照着来记，看箭头方向就可以了。与晶体管相反，晶体管箭头朝外是NPN，而P沟道MOS管的箭头是朝外的，晶体管箭头朝里的是PNP，而N沟道MOS管的箭头是朝里，如图2.51所示。
图2.51 MOS管符号
2. N沟道MOS管开关电路
根据N沟道MOS管的特性，VGS大于一定的值就会导通，适合用于源极S接地时的情况（图2.52），常称低端驱动（或称下驱），只要栅极G的电压大于选用MOS管给定的开启VGS就可以了，此时MOS管处于电源负端。需要注意的是，VGS指的是栅极G与源极S的电压差，所以当NMOS管作为高端驱动（上驱）时（见图2.53）问题就来了，当漏极D与源极S导通时，漏极D与源极S电压相等，都是VCC，那么栅极G必须高于源极S与漏极D的电压，也就是要高于VCC一个开启电压，漏极D与源极S才能继续导通。我们都知道在一个电路里弄多个电压是很麻烦的事情，要高于VCC的电压实在是不便，而且如果用单片机控制那麻烦就更大了。如果我们将一个用作开关的简单电路设计成图2.53所示的电路，无疑将把简单问题复杂化，要使MOS管导通还得弄个比VCC高4V或10V的电压，那就还要另外一个电源。但是，由于NMOS管的导通电阻小、容易制造，可选型号多，在一些电路里，仍然用NMOS管作为高端驱动，比如逆变器等，它有专门的电荷泵电路（IR2110S）产生高于电源电压的驱动电压，这时就不需要有高于VCC的电压了。要注意开启电压Vth这个参数，如果要在3.3V电路里用MOS管作开关用，选用了VGS(th)为4V的MOS管，那就别想正常工作了。当0＜VGS＜VGS(th)时，不足以开通MOS管，没有开通的可能了，VGS＞VGS(th)只是开启条件，是饱和的必要条件，而不是饱和的充分条件，是不是饱和还与电源电压VCC、负载、转移特性有关。当VGS＜VGS(th)时，处在截止区域；当VGS＞VGS(th)，且VDS＜VGS-VGS(th)时，处在变阻区域；当VGS＞VGS(th)，且VDS＞VGS-VGS(th)时，处在饱和区域，NMOS和PMOS条件相同，极性有区别。
图2.52 MOS管驱动电路（一）
既然N沟道MOS管用作上驱（高端驱动）这样复杂，但有些场合又需要做到高电平控制“关”、低电平控制“开”的效果应该怎么办？我们相信办法总比问题多，那么可以直接用开关电路，如图2.54所示。Vin为高电平，晶体管VT1导通，VT2的G极为低电平，MOS管截止；Vin为低电平时，VT1关闭，VT2的G极电压为VCC，这个足以使MOS管VT2饱和导通。
图2.53 MOS管驱动电路（二）
图2.54 MOS管驱动电路（三）
3. P沟道MOS管开关电路
根据P沟道MOS管的特性，VGS小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况，常称高端驱动（或称上驱），如图2.55所示。需要注意的是，VGS指的是栅极G与源极S的电压，即栅极低于电源电压一定值就导通，而非相对于地的电压。但是因为PMOS导通内阻比较大，所以只适用低功率的情况，大功率的情况仍然使用N沟道MOS管。由于PMOS制造工艺的问题，P沟道大功率MOS管较少，不易买到，大多数情况下都是采用NMOS，大功率晶体管也有这样的问题，NPN管型号多，但PNP管型号就少得多。图2.56是一个实用的PMOS驱动电路。
图2.55 MOS管驱动电路（四）
图2.56 MOS管驱动电路（五）
4. MOS管应用讨论
在网上看到一个关于MOS管驱动的问题，讨论得很热烈，最终也没有人给出完美的答案，特在这里说道一番，其电路如图2.57所示。问题如下：
图2.57 MOS管驱动电路（六）
如果B1为20V和B3也为20V，电路能正常工作，可以通过VT4的开关控制VT1的开关。但是当电源B3为12V，B1为20V时，就不能正常工作，开关管一直输出20V，无法关断，把电源B3提高到17V以上，又能正常工作了。
不知道这是为什么。目的就是想用一个低电压控制一个高电压开关。
依你看，问题在哪里？
我们先不忙研究图2.57为何不行，先用Proteus仿真一下图2.58所示电路。调节电阻RV1，使得VT1的G极电压为16.56V，这时灯泡L1不亮。我们看表2.2，MOS管IRF9530其中有一项阈值电压VGS(th)为2～4V，而VT1的VGS=20V-16.56V=3.44V，并未使VT1导通，属正常情况。当继续调节RV1，使VT1的G极电压上升，发现G极电压为16.57V时灯泡点亮，见图2.59，此时，VGS=20V-16.57V=3.43V，也就是说在VGS为2～4V之间是有可能导通的，到底在哪个电压导通，视具体MOS管有所不同，这里实验的MOS管开启电压在3.43V附近。但是VGS大于4V是一定会导通的（小于2V时一定关闭），也就是VGS＞VGS(th)，在设计开关状态时，使VGS远大于VGS(th)是明智的选择。
图2.58 MOS管驱动电路（七）
表2.2 MOS管参数
图2.59 MOS管驱动电路（八）
现在我们回到开始的问题，B3=12V，B1=20V时，B2（用电源代替高低电平）为高电平时，VT4导通，VT2导通，VT1的G极为低电平而导通，VGS接近20V，即24V在R1与R2的分压，此时大于VGS(th)。B2为低电平时，VT4截止，由于R5的存在，VT3导通，在R1上端与R2的下端有20V-12V=8V的电压，VT1的VGS就是在R2上的电压降，由于R2太小，电压降为0.8V，R1两端电压即VGS高达7.2V，远大于VGS(th)的4V，所以VT1一定不会导通。
解决办法：我们把R2改为20kΩ，VGS约为2.41V，电路可以正常工作了，虽然没有低过2V，但也在关闭的范围了，如果一定要低于2V，R2改用30kΩ就行，为了可靠工作，R2取30kΩ。对于这个电路的其他特性，以及实用性，不在此讨论。