一、MOSFET基础结构与工作原理

1. MOSFET的基本构造

MOSFET 主要由四个端子构成：

• G（Gate）栅极：控制端，不直接导通电流

• D（Drain）漏极：电流输出端

• S（Source）源极：电流输入端

• B（Body）衬底：一般与源极相连

根据导电类型，MOSFET 分为以下两种：

二、MOSFET导通的基本条件

MOSFET 的导通与否，取决于V_GS（栅极-源极电压）是否达到阈值电压 V_th（门限电压）。

1. 增强型 MOSFET 导通条件

➤ NMOS 增强型导通条件：

• 当 V_GS ≥ V_th 时，形成沟道，器件导通。

• 若 V_GS ＜ V_th，则器件关闭。

➤ PMOS 增强型导通条件：

• 当 V_SG ≥ |V_th|（或 V_GS ≤ –V_th）时导通。

✅ 总结：增强型器件默认断开，需要足够的 V_GS 电压使其导通。

2. 耗尽型 MOSFET 导通条件（较少用）

• 耗尽型 NMOS：在 V_GS = 0V 时已导通，V_GS 越负越关闭。

• 耗尽型 PMOS：V_GS = 0V 时导通，V_GS 越正越关闭。

✅ 总结：耗尽型器件默认导通，需施加反向电压“关闭”。

三、导通阈值电压 V_th 的意义与典型值

1. 什么是阈值电压 V_th？

V_th 表示 MOSFET 刚刚开始形成导电沟道的最小栅源电压。

• 通常在数据手册中标明：V_GS(th)

• 并非 MOSFET 完全导通时的电压，而是起始导通点

2. 典型参数值参考（增强型 NMOS）：

四、导通条件中的重要考量因素

1. V_GS ≫ V_th 才能充分导通

虽然 MOSFET 在 V_GS ≈ V_th 时开始导通，但此时导通电阻 R_DS(on) 很高，功耗较大。为确保低导通损耗，通常设计驱动电压要远大于阈值电压。

举例：

• 某 MOSFET V_th = 2V，但需 V_GS ≥ 8~10V 才能将 R_DS(on) 降至最低

2. 温度对导通条件的影响

• 随温度升高，V_th 会下降，导通特性变化

• 某些器件标称 V_th 为 2V，实测高温下可能降至 1.6V

3. 驱动能力不足会导致半导通区

• 如果 V_GS 介于 V_th 和完全导通之间，MOSFET 进入线性区或亚阈区

• 导致器件“半开”，发热严重，甚至损坏

五、MOSFET导通状态三大工作区

MOSFET 在导通后，其行为依赖于 V_DS（漏源电压）与 V_GS 的关系：

✅ 放大器电路中，MOSFET应工作在饱和区

六、工程实践案例分析

案例1：MOSFET驱动不完全导致发热

• 使用 IRF540N（V_th ≈ 2V），用单片机 5V GPIO 驱动

• 实测 V_GS ≈ 4.5V，器件导通但 R_DS(on) 过高，电流大时发热严重

• 解决方案：使用驱动芯片（如 IR2110）将 V_GS 提升到 10V

案例2：逻辑电平MOSFET直接驱动LED

• 使用 IRLZ44N，V_th ≈ 1.2V，可由 STM32 的 3.3V GPIO 完全驱动

• 成功实现低发热、高效率的LED控制

七、结语：掌握MOSFET导通条件是设计可靠电路的基础

MOSFET导通条件并非仅仅是“V_GS > V_th”那么简单，真正有效导通还要考虑器件类型、驱动电压裕度、功耗控制、温度漂移等多方面因素。

对于电子工程师而言，理解 MOSFET 的导通机理，不仅能有效指导电源设计、数字逻辑控制，还能避免“看似导通实则半导通”的故障误判，是掌握电路可靠性的关键所在。