本文是探索 MOSFET 和微控制器实际应用教学系列文章的一部分。
经典文章： 如何使用 MOSFET 将微控制器与继电器接口
为什么 Arduino 微控制器和 12 伏直流电源要共用一个公共接地？
小提示：
基尔霍夫电压定律（KVL）的要求是什么？
答案
我们知道，MOSFET 是通过在其栅极施加正向电压来导通的。但必须明确的是，这个电压是相对于 MOSFET 的源极来测量的。例如，正如在图 1 中所示，这篇专题文章中提到的 N 沟道 MOSFET，其栅极相对于源极需要大约 5 伏的直流电压。
Arduino 微控制器能够提供这 5 伏的直流电压，但前提是微控制器的接地要与 MOSFET 源极的接地相连。如果没有这个关键的接地连接，MOSFET 相对于 Arduino 就会处于悬浮状态，这会导致工作异常，甚至可能由于 MOSFET 敏感的栅极区域施加了过电压而造成损坏。
从基尔霍夫电压定律的角度来说，我们知道电流在回路中流动，但这里需要注意其中的细节。严格来讲，在一个闭合回路系统中，电压的总和为零。闭合回路这一规定意味着微控制器、MOSFET 和 12 伏直流电源必须共用一个公共参考点。公共接地确保了栅极到源极的电压能够正确施加。换一种说法，我们不能用一根导线来测量电池的电压，需要两根导线才能形成闭合回路。
图 1：Arduino 微控制器、MOSFET 和继电器的典型原理图。该原理图是使用 MultisimLive 软件绘制的。
其他答案
MOSFET 和微控制器并不一定必须共用同一个接地。实际上，使用光耦合器实现隔离，可能会有好处。有一篇文章展示了一个例子，演示了如何在自举电路中对 MOSFET 进行光学隔离。需要注意的是，N 沟道 MOSFET 的源极会在 50 伏直流电压和接地之间切换（或者考虑到二极管 D2 上的压降，接近接地）。
图 2：该原理图展示了一个高度简化的高端 MOSFET 栅极驱动电路。
自举电容 C1 为 MOSFET 的栅极驱动提供能量。
LDW091
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这还真是知其然而不知其所以然，以前只知道接地，不知道为什么，
今天算是搞明白了，学到了
MOS管是电压驱动型器件，只有栅极电压与漏极电压差合适时才会导通，要对栅极电压和漏记电压做比较，需要有一个共同的参考点，所以需要共地。
ZhiSZ
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我的理解是 如果 不共地 那么mos管两端的电压也就无法确定，也就是处于浮空状态，也就无法准确地开闭了。这样理解对嘛？刚入门不久，欢迎指正！
您好 @ZhiSZ ，
感谢您的咨询。
你的理解基本是对的，而且你已经抓住了「共地」的核心意义，尤其是在涉及 MOSFET 控制 和 不同电源系统之间的信号传输 时。我们可以从几个角度来解释为什么 Arduino 和 12V 电源需要共地：
为什么要共地？
- 电压是相对的，不是绝对的
- Arduino 输出的控制信号（比如数字输出 5V）是相对于它自己的 GND (地) 而言的。
- 如果 MOSFET 的源极连接的是 12V 电源的负极，而这个负极没有和 Arduino 的 GND 相连，那么 Arduino 输出的5V对 MOSFET 来说可能是一个不确定的电压，因为它没有参考点。
- MOSFET 的栅源电压决定导通与否
- 以 N 沟道 MOSFET 为例，它是否导通取决于 栅极电压相对于源极的电压（Vgs）。
- 如果 Arduino 和 MOSFET 的源极不共地，那么 Arduino 输出的电压就无法准确控制 Vgs，MOSFET 就可能处于「半导通」或「完全不导通」的状态，甚至会烧毁。
- 信号完整性与电流回路
- 所有电流都必须形成闭环才能流动。Arduino 输出一个高电平信号，电流必须从 Arduino 的输出脚 → MOSFET 栅极 → Arduino GND 回来，这个回路必须闭合，否则信号无法传递。
如果不共地会发生什么？
- MOSFET 的栅极电压变得不确定（浮空）
- 控制信号无法传递，MOSFET 不工作或工作异常
- 可能导致电路损坏或不稳定
- Arduino 的 IO 电压可能被拉高或拉低，损坏芯片
正确做法
- 将 Arduino 的 GND 和 12V 电源的 GND（负极）连接在一起，形成一个公共地。
- 这样 MOSFET 的源极和 Arduino 的 GND 就在同一电位，Arduino 输出的电压就能正确控制 MOSFET。
这是一个 Arduino 与 12V 电源共地的示意图：
- Arduino GND 和 12V 电源负极通过公共地连接在一起。
- MOSFET 的源极也接在公共地上，这样 Arduino 输出的数字信号（5V）就能正确控制 MOSFET 的栅源电压 (Vgs)。
- 如果不共地，MOSFET 的源极电位无法确定，导致控制信号失效。
