MOS管的实际用法:详细介绍与操作指南
ARM与嵌入式 2024-05-22


当我说到MOS管的时候呢,你的脑子里可能是一团糨糊的。 大部分的教材都会告诉你长长的一段话:

MOS管全称金属氧化半导体场效应晶体管,英文名Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,属于绝缘栅极场效晶体管,以硅片为秤体,利用扩散工艺制作.......有N沟道和P沟道两个型。不仅如此,它还有两个兄弟,分别是结型场效应管以及晶体场效应管.......

面对这么大一段话,我不知道你有没有搞明白,反正我大学里是完全没有搞明白,学了一个学期就学了个寂寞。

本文抛开教科书上的裹脚布,从应用层面出发来给大家介绍一下MOS管里面最常见也是最容易使用的一种:增强型NMOS管,简称NMOS。当你熟悉了这个NMOS的使用之后呢,再回过头去看这个教材上的内容,我相信就会有不同的体会了。

NMOS的用法 首先来看这么一张简单的图,如下,我们可以用手去控制这个开关的开合,以此来控制这个灯光的亮灭。

那如果我们想要用Arduino或者单片机去控制这个灯泡的话呢,就需要使用MOS管来替换掉这个开关了。为了更加符合我们工程的实际使用习惯呢,我们需要把这张图稍微转换一下,就像如下图这样子。

那这两张图是完全等价的,我们可以看到MOS管是有三个端口,也就是有三个引脚,分别是gate,drain和source。只要记住他们分别简称g、d、s就可以,如下图。

我们把单片机的一个IO口接到这个MOS管的gate端口,就可以控制这个灯泡的亮灭了。当然别忘了供电。当这个单片机的IO口输出为高的时候,NMOS就等效为这个被闭合的开关,指示灯光就会被打开;那输出为低的时候呢,这个NMOS就等效为这个开关被松开了,那此时这个灯光就被关闭,是不很简单。

那如果我们不停的切换这个开关,那灯光就会闪烁。如果切换的这个速度再快一点,因为人眼的视觉暂留效应,灯光就不闪烁了。此时我们还能通过调节这个开关的时间来调光,这就是所谓的PWM波调光,以上就是MOS管最经典的用法,它实现了单片机的IO口控制一个功率器件。当然你完全可以把灯泡替换成其他的器件。器件比如说像水泵、电机、电磁铁这样的东西。

如何选择NMOS 明白了NMOS的用法之后呢,我们来看一下要如何选择一个合适的NMOS,也就是NMOS是如何选型的。

那对于一个初学者来说,有四个比较重要的参数需要来关注一下。第一个是封装,第二个是vgsth,第三个是Rdson上,第四个是Cgs。

封装比较简单,它指的就是一个MOS管这个外形和尺寸的种类也有很多。一般来说封装越大,它能承受的电流也就越大。为了搞明白另外三个参数呢,我们先要来介绍一下NMOS的等效模型,如下图。

MOS其实可以看成是一个由电压控制的电阻。这个电压指的是g、s两端的电压差,电阻指的是d、s之间的电阻。这个电阻的大小呢,它会随着g、s电压的变化而产生变化。当然它们不是线性对应的关系,实际的关系差不多像这样的,横坐标是g、s电压差。Rds与Vgs关系图,如下

纵坐标是电阻的值,当g、s的电压小于一个特定值的时候呢,电阻基本上是无穷大的。然后这个电压值大于这个特定值的时候,电阻就接近于零,至于说等于这个值的时候会怎么样,我们先不用管这个临界的电压值,我们称之为vgsth,也就是打开MOS管需要的g、s电压,这是每一个MOS管的固有属性,我们可以在MOS管的数据手册里面找到它,如下。

显然vgsth一定要小于这个高电平的电压值,否则的话就没有办法被正常的打开。所以在你选择这个MOS管的时候,如果你的高电平是对应的5V,那么选3V左右的vgsth是比较合适的。太小的话会因为干扰而误触发,太大的话又打不开这个MOS管。

接下来我们再来看看NMOS的第二个重要参数Rdson,刚才有提到NMOS被完全打开的时候,它的电阻接近于零。但是无论多小,它总归是有一个电阻值的,这就是所谓的Rdson。它指的是NMOS被完全打开之后,d、s之间的电阻值。同样的你也可以在数据手册上找到它。这个电阻值当然是越小越好。越小的话呢,它分压分的少,而且发热也相对比较低。但实际情况一般Rdson越小,这个NMOS的价格就越高,而且一般对应的体积也会比较大。所以还是要量力而行,选择恰好合适。

最后说一下Cgs,这个是比较容易被忽视的一个参数,它指的是g跟s之间的寄生电容。所有的NMOS都有,这是一个制造工艺的问题,没有办法被避免。

那它会影响到NMOS打开速度,因为加载到gate端的电压,首先要给这个电容先充电,这就导致了g、s的电压并不能一下子到达给定的一个数值。

它有一个爬升的过程。当然因为Cgs比较小,所以一般情况下我们感觉不到它的存在。但是当我们把这个时间刻度放大的时候,我们就可以发现这个上升的过程了。对于这个高速的PWM波控制场景是致命的。当PWM波的周期接近于这个爬升时间时,这个波形就会失真。一般来说Cgs大小和Rdson是成反比的关系。Rdson越小,Cgs就越大。所以大家要注意平衡他们之间的关系。

以上就是关于NMOS需要初步掌握的知识了。


声明: 本文转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们及时删除。(联系我们,邮箱:evan.li@aspencore.com )
0
评论
  • 相关技术文库
  • 元器件
  • 电阻
  • 电容
  • 电感
  • 本文深入解析降压转换器中检测电阻器设计的关键因素。

    降压转换器用于演示检测电阻器尺寸不正确所带来的影响,以及移除RSENSE滤波器元件时会发生什么情况。

    06-14
  • 还不懂MOSFET打开的过程?一篇搞懂!

    由于MOSFET的寄生电容的存在,所以MOSFET作为一个开关管并不理想的。在工作的时候,其打开的过程不是一帆风顺。

    06-14
  • 电机控制升级:MOS管与驱动芯片选型全攻略

    电机控制器中功率电路硬件的主要组成部分是开关器件和驱动芯片,进行控制器设计时需对这两种芯片进行选型,合理的选型关系到控制器能否正常工作。

    06-14
  • 0Ω电阻可以承载多大电流?

    0Ω电阻到底能过多大电流?这个问题想必每位硬件工程师都查过。

    06-14
  • 关于嵌入式开发中的滤波器设计的探讨

    各种传感器信号多多少少会携带一些噪声信号,那么通过滤波器就能够更好的降低和去除噪声,还原真实有用信号。

    06-14
  • 10个动图演示电容原理

    电容相关知识讲解

    06-14
  • 几种阻值规格的电阻为何使用频率非常高?

    工程师,尤其是电子研发工程师,在进行电路项目开发时,都会选用一些基础的电子元器件与芯片,通过不同的电路理论将它

    06-14
  • 可变电阻器的阻值范围是多少?

    在各种电子设备中, 我们经常可以看到一种可以手动调节的元件, 它就是我们今天要介绍的电位器, 它的作用就是将加在其两固定端点的电信号进行分压处理, 从而得到人们所需要的信号强度, 如果我们将电流信号形象的...

    06-13
  • 可变电阻器分类及特性的简明教程

    可变电阻器按制作材料可分为膜式可变电阻器和线绕式可变电阻器;膜式可变电阻器膜式可变电阻器采用旋转式调节方式,一般用在小信号电路中,信号电压等。膜式可变电阻器通常由电阻体(合成碳膜)、活动触片(活动金属簧...

    06-13
  • 电子元器件的创新技术

    电子元器件是电子元件和小型的机器、仪器的组成部分,其本身常由若干零件构成,可以在同类产品中通用;常指电器、无线电、仪表等工业的某些零件,是电容、晶体管、游丝、发条等电子器件的总称。常见的有二极管等。电...

    06-13
  • 晶体管的工作原理是什么

    晶体管,本名是半导体三极管,是内部含有两个PN结,外部通常为三个引出电极的半导体器件。它对电信号有放大和开关等作用,应用十分广泛。输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路,叫做晶体管-晶体管逻辑电路,书刊和...

    06-13
  • 晶体管的未来发展趋势

    同电子管相比,晶体管具有诸多优越性: 构件没有消耗无论多么优良的电子管,都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因,晶体管制作之初也存在同样的问题。随着材料制作上的进步以及多方面的改善...

    06-13
下载排行榜
更多
评测报告
更多
EE直播间
更多
广告