幹貨 從實用的角度聊聊MOS管

• 來源：hth体育官网登录 更新時間：2023-04-10 09:04:59點擊：6次

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  幹貨 從(cong) 實用的角度聊聊MOS管

  
  

  
  

  文章來源：電子工程世界

  
  

  說起MOS管，有些人的腦子裏可能是一團漿糊。

  
  

  大部分的教材都會(hui) 告訴你長長的一段話：MOS管全稱金屬氧化半導體(ti) 場效應晶體(ti) 管，英文名Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，屬於(yu) 絕緣柵極場效晶體(ti) 管，以矽片為(wei) 秤體(ti) ，利用擴散工藝製作.......有N溝道和P溝道兩(liang) 個(ge) 型。不僅(jin) 如此，它還有兩(liang) 個(ge) 兄弟，分別是結型場效應管以及晶體(ti) 場效應管.......

  
  

  麵對這麽(me) 大一段話，我不知道你有沒有搞明白，反正我大學裏是完全沒有搞明白，學了一個(ge) 學期就學了個(ge) 寂寞。

  
  

  那麽(me) ，為(wei) 什麽(me) 這些教材要這麽(me) 的反人類，他們(men) 難道就不能好好寫(xie) 說人話嗎？

  
  

  我大概分析了一下，因為(wei) 同一本教材他需要麵對不同專(zhuan) 業(ye) 的學生，所以教材最重要的是嚴(yan) 謹。和全麵相比是不是通俗易懂就沒有那麽(me) 重要了。而且一般的教材也不會(hui) 告訴你學了有什麽(me) 用，這就導致了在學習(xi) 中你很容易迷失在這些概念中，抓不到重點。

  
  

  那本文呢，我想根據自己的工作學習(xi) 經曆，拋開書(shu) 本上這些教條的框架，從(cong) 應用側(ce) 出發來給大家介紹一下MOS管裏麵最常見的，也是最容易使用的一種：增強型NMOS管，簡稱NMOS。當你熟悉了這個(ge) NMOS的使用之後，再回過頭去看這個(ge) 教材上的內(nei) 容，我相信就會(hui) 有不同的體(ti) 會(hui) 了。

  
  

  NMOS的用法

  
  

  首先來看這麽(me) 一張簡單的圖（圖1），我們(men) 可以用手去控製這個(ge) 開關(guan) 的開合，以此來控製這個(ge) 燈光的亮滅。

  
  

  
  

  那如果我們(men) 想要用Arduino或者單片機去控製這個(ge) 燈泡的話，就需要使用MOS管來替換掉這個(ge) 開關(guan) 了。為(wei) 了更加符合我們(men) 工程的實際使用習(xi) 慣呢，我們(men) 需要把這張圖稍微轉換一下，就像如圖2這樣子。

  
  

  

  
  

  那這兩(liang) 張圖是完全等價(jia) 的，我們(men) 可以看到MOS管是有三個(ge) 端口，也就是有三個(ge) 引腳，分別是GATE、DRAIN和SOURCE。至於(yu) 為(wei) 啥這麽(me) 叫並不重要，隻要記住他們(men) 分別簡稱G、D、S就可以。

  
  

  

  
  

  我們(men) 把單片機的一個(ge) IO口接到MOS管的gate端口，就可以控製這個(ge) 燈泡的亮滅了。當然別忘了供電。當這個(ge) 單片機的IO口輸出為(wei) 高的時候，NMOS就等效為(wei) 這個(ge) 被閉合的開關(guan) ，指示燈光就會(hui) 被打開；那輸出為(wei) 低的時候呢，這個(ge) NMOS就等效為(wei) 這個(ge) 開關(guan) 被鬆開了，那此時這個(ge) 燈光就被關(guan) 閉，是不很簡單。

  
  

  那如果我們(men) 不停的切換這個(ge) 開關(guan) ，那燈光就會(hui) 閃爍。如果切換的這個(ge) 速度再快一點，因為(wei) 人眼的視覺暫留效應，燈光就不閃爍了。此時我們(men) 還能通過調節這個(ge) 開關(guan) 的時間來調光，這就是所謂的PWM波調光，以上就是MOS管最經典的用法，它實現了單片機的IO口控製一個(ge) 功率器件。當然你完全可以把燈泡替換成其他的器件。器件比如說像水泵、電機、電磁鐵這樣的東(dong) 西。

  
  

  

  
  

  如何選擇NMOS

  
  

  明白了NMOS的用法之後呢，我們(men) 來看一下要如何選擇一個(ge) 合適的NMOS，也就是NMOS是如何選型的。

  
  

  那對於(yu) 一個(ge) 初學者來說，有四個(ge) 比較重要的參數需要來關(guan) 注一下。第一個(ge) 是封裝，第二個(ge) 是Vgs(th)，第三個(ge) 是Rds(on)上，第四個(ge) 是Cgs。

  
  

  封裝比較簡單，它指的就是一個(ge) MOS管這個(ge) 外形和尺寸的種類也有很多。一般來說封裝越大，它能承受的電流也就越大。為(wei) 了搞明白另外三個(ge) 參數呢，我們(men) 先要來介紹一下NMOS的等效模型。

  
  

  

  
  

  MOS其實可以看成是一個(ge) 由電壓控製的電阻。這個(ge) 電壓指的是G、S的電壓差，電阻指的是D、S之間的電阻。這個(ge) 電阻的大小會(hui) 隨著G、S電壓的變化而變化。當然它們(men) 不是線性對應的關(guan) 係，實際的關(guan) 係差不多像這樣的，橫坐標是G、S電壓差。

  
  

  

  
  

  縱坐標是電阻的值，當G、S的電壓小於(yu) 一個(ge) 特定值的時候呢，電阻基本上是無窮大的。然後這個(ge) 電壓值大於(yu) 這個(ge) 特定值的時候，電阻就接近於(yu) 零，至於(yu) 說等於(yu) 這個(ge) 值的時候會(hui) 怎麽(me) 樣，我們(men) 先不用管這個(ge) 臨(lin) 界的電壓值，我們(men) 稱之為(wei) Vgs(th)，也就是打開MOS管需要的G、S電壓，這是每一個(ge) MOS管的固有屬性，我們(men) 可以在MOS管的數據手冊(ce) 裏麵找到它。

  
  

  

  
  

  顯然，Vgs(th)一定要小於(yu) 這個(ge) 高電平的電壓值，否則就沒有辦法被正常的打開。所以在你選擇這個(ge) MOS管的時候，如果你的高電平是對應的5V，那麽(me) 選3V左右的Vgs(th)是比較合適的。太小的話會(hui) 因為(wei) 幹擾而誤觸發，太大的話又打不開這個(ge) MOS管。

  
  

  接下來，我們(men) 再來看看NMOS的第二個(ge) 重要參數Rdson，剛才有提到NMOS被完全打開的時候，它的電阻接近於(yu) 零。但是無論多小，它總歸是有一個(ge) 電阻值的，這就是所謂的Rds(on)。它指的是NMOS被完全打開之後，D、S之間的電阻值。同樣的你也可以在數據手冊(ce) 上找到它。這個(ge) 電阻值當然是越小越好。越小的話呢，它分壓分的少，而且發熱也相對比較低。但實際情況一般Rds(on)越小，這個(ge) NMOS的價(jia) 格就越高，而且一般對應的體(ti) 積也會(hui) 比較大。所以還是要量力而行，選擇恰好合適。

  
  

  最後說一下Cgs，這個(ge) 是比較容易被忽視的一個(ge) 參數，它指的是G跟S之間的寄生電容。所有的NMOS都有，這是一個(ge) 製造工藝的問題，沒有辦法被避免。

  
  

  那它會(hui) 影響到NMOS打開速度，因為(wei) 加載到gate端的電壓，首先要給這個(ge) 電容先充電，這就導致了G、S的電壓並不能一下子到達給定的一個(ge) 數值。

  
  

  

  
  

  它有一個(ge) 爬升的過程。當然因為(wei) Cgs比較小，所以一般情況下我們(men) 感覺不到它的存在。但是當我們(men) 把這個(ge) 時間刻度放大的時候，我們(men) 就可以發現這個(ge) 上升的過程了。對於(yu) 這個(ge) 高速的PWM波控製場景是致命的。當PWM波的周期接近於(yu) 這個(ge) 爬升時間時，這個(ge) 波形就會(hui) 失真。一般來說Cgs大小和Rds(on)是成反比的關(guan) 係。Rds(on)越小，Cgs就越大。所以大家要注意平衡他們(men) 之間的關(guan) 係。

  
  

  以上就是關(guan) 於(yu) NMOS大家需要初步掌握的知識了，希望能對大家有所幫助。

  
  

  
  

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