MOS管學(xué)習(xí)筆記

導(dǎo)通條件

NMOS

Vgs大于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接地時的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達到4V或10V就可以了。

PMOS

Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅(qū)動）。但是，雖然PMOS可以很方便地用作高端驅(qū)動，但由于導(dǎo)通電阻大，價格貴，替換種類少等原因，在高端驅(qū)動中，通常還是使用NMOS。

外圍常用電路

NMOS管，一般使用NMOS作為下管使用，S極直接接地（電壓為固定值0V），只需將G極電壓Vgs達到大于一定的值就會導(dǎo)通；

PMOS，一般使用PMOS作為上管，S極直接接電源VCC，S極電壓固定，只需G極電壓比S極低，Vgs小于一定的值就會導(dǎo)通

NMOS的使用：

相當(dāng)于開關(guān)

把單片機的一個引腳接到NMOS管上的G（柵極）端口 就可以控制燈泡了

當(dāng)單片機輸出為 高電平時 相當(dāng)于開關(guān) 閉合 NMOS管（和PMOS相反）

當(dāng)單片機引腳輸出位 低電平時 相當(dāng)于 開關(guān) 斷開

NMOS的選型：

封裝：

指的就是NMOS的外形和尺寸 一般來說 封裝越大 承受的電流也就越大

NMOS可以看成由電壓控制的電阻

電壓指的是GS 兩端的電壓差 電阻指的是DS兩端的電阻

電阻的大小會隨著GS的電壓的變化而變化 VGS小于一個特定值的時候 電阻是無窮大 當(dāng)VGS大于一個特定值的時候 電阻接近于0（但不等于0）（和NPN三極管很像！可以聯(lián)想一下 三極管的 基極和發(fā)射極的電壓差）

Vgs（th）：

打開NMOS需要的 gs電壓 Vgs Vgs應(yīng)該小于 單片機高電平 的電壓值 否則nmos就沒法打開。

Rdson：

NMOS被完全打開時的DS電阻（NMOS被打開 電阻接近于0 但不等于0 ） 越小越好

Cgs：

g跟s之間的寄生電容（制造工藝問題 無法避免）會影響到nmos的打開速度 Cgs大小和Rdson的大小成反比。Rdson越小 Cgs就越大

PMOS的使用

控制邏輯

高電平 相當(dāng)于開關(guān)斷開 燈泡熄滅

低電平 相當(dāng)于 開關(guān)閉合 燈泡點亮

一般對于 燈泡 電機 這種無源功率器件 我們可以用NMOS作為 下管控制（NMOS在下面）

對于芯片 這種有源器件 我們一般用 PMOS 作為 上管控制 （NMOS在上面）

如果是控制芯片時 用PMOS管作為上管

什么是N型半導(dǎo)體？

純硅中加入五價磷元素 讓原本四價的硅元素（四價就穩(wěn)定了 但是多出來了一個電子就不穩(wěn)定了）多出一個電子。

什么是P型半導(dǎo)體？（P型半導(dǎo)體里面也有電子?。?/p>

純硅中加入了 三價的硼元素 此時 這里就會缺少一個電子 產(chǎn)生 空穴

PN結(jié)

將 P型半導(dǎo)體 和N型半導(dǎo)體 相連 就變成了 單向?qū)щ姷?PN結(jié)（也就是二極管的基本結(jié)構(gòu)） P區(qū)有較多的空穴 N區(qū)則布滿自由移動的電子 電流的方向：電子的流動方向與電流的方向相反 電子從N-->P 所以 電流從P--->N (也可以記憶成 PN結(jié) 就是 電流從P-->N)

MOS管的原理：通過控制柵極（G）的電壓就能控制源極（S）和漏極（D）的導(dǎo)通和關(guān)閉 相當(dāng)于開關(guān)

返回MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到 兩個P區(qū)相連的PN結(jié) 相當(dāng)于兩個背靠背的二極管

我們嘗試給 源極和漏極 通電，此時MOS管無論如何都是截止的 因為二極管一個導(dǎo)通另一個就會截止

為了讓 源極和漏極 導(dǎo)通 我們就在P區(qū) 覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層再加上一層金屬板

從金屬板上引出MOS管的柵極G，給柵極通電金屬板就有電場 電場會將P區(qū)里的電子吸引 施加給柵極的電壓越大

被吸引的電子就越多 慢慢的靠近絕緣層的地方都是電子也就是N溝道 因為N溝道的存在所以PN結(jié)就不存在了 整個區(qū)域可以看作一塊連通的N形半導(dǎo)體 于是這個MOS管就導(dǎo)通了

MOS管的主要作用：開關(guān)

MOS管可以用來替代開關(guān) 因為是半導(dǎo)體器件可以在極短的時間內(nèi) 完成 很高的開關(guān)頻率 在電機驅(qū)動等一系列電路中 也起到至關(guān)重要的作用

MOS管的分類：

NMOS：箭頭指向柵極 Vgs要大于一定值才會導(dǎo)通

NMOS的原理 就是 通過控制柵極的電壓來控制MOS管的開關(guān) （參考上一結(jié)MOS管的原理）導(dǎo)通電壓Vgs要大于一定值才會導(dǎo)通

NMOS 箭頭向內(nèi) 是指 將電子吸引

PMOS：箭頭背著柵極所以他的Vgs要小于一定值才能導(dǎo)通

PMOS和 NMOS 正好相反 利用N型半導(dǎo)體內(nèi)的空穴移動進行工作 原理是給柵極施加負電壓N型區(qū)的電子就會被排斥遠離絕緣層 空穴被吸引形成P溝道 所以他的Vgs要小于一定值才能導(dǎo)通

PMOS箭頭向外 是指 將 電子排斥

MOS管

圖片

會發(fā)現(xiàn)原理圖中的有些MOS管有個二極管的存在 ， 但不是真實存在的 而是基于MOS管的生產(chǎn)工藝造成的。

MOS管的結(jié)構(gòu)

MOS管的內(nèi)部可以看成兩個 背靠背的二極管

在設(shè)計的時候 源極S和襯底內(nèi)部相連 這樣就與漏極之間形成了一個二極管 （把上圖的左邊的二極管放到下圖的右邊下面 就能看出來了 等價一下）

如果是NMOS（N溝道MOS管） 以P型半導(dǎo)體為襯底 二極管 方向就是這樣

以P型半導(dǎo)體作為襯底 加上兩個N型半導(dǎo)體

如果是PMOS 襯底半導(dǎo)體是N型 就會產(chǎn)生方向相反的二極管（注意看 上圖和下圖的 D S反向了）

以N型半導(dǎo)體作為襯底 加上兩塊P型半導(dǎo)體

我們把生產(chǎn)工藝形成的二極管 稱之為 體二極管 （寄生二極管）

主要作用：

1.可以區(qū)分哪個是 源極S 和漏極D

2.保護作用：當(dāng)電路中出現(xiàn)很大的瞬間反向電流時 可以通過這個二極管排出 不會對MOS管造成傷害

3.如果將MOS管的源極和漏極反接 因為體二極管的存在MOS管就會失去開關(guān)的作用

原理

截止：當(dāng)柵極沒有電壓時 漏極和源極不導(dǎo)通

導(dǎo)通：給柵極施加電壓漏極和源極導(dǎo)通

重要特性

1.MOS管的柵極輸入阻抗非常高 所以說 它的輸入幾乎不取電流

2.MOS的柵極容易被靜電擊穿

MOS管和三極管的區(qū)別

MOS管:電壓控制 元件

三極管：電流控制 元件

怎么理解：

三極管BE之間 可以理解為存在一個二極管 這也就產(chǎn)生了一個電流的通路

當(dāng)給三極管施加高電平的時候 be之間會產(chǎn)生持續(xù)的電流 Ibe 只有Ibe存在時 三極管才會被打開 當(dāng)把高電平拿走時 電流瞬間消失 三極管就關(guān)閉

維持三極管打開的條件就是be之間存在持續(xù)的電流，所以說是電流控制元件

對于MOS管來說：GS 不存在通路， 僅僅存在一個寄生電容

只要維持gs的電壓差 mos管就會打開 因為有寄生電容的存在 即使撤走了高電平 燈泡也會亮一會 直到 電荷慢慢放光 MOS管才會關(guān)閉 所以稱為電壓控制器件的原因

MOS管導(dǎo)通 DS之間等效為一個電阻（阻值很?。?三極管導(dǎo)通后 CE之間等效為一個二極管（二極管有壓降）

小功率控制場景 比如說：led燈 小功率直流電機 運行電流小于100ma 使用三極管就很劃算 因為三極管雖然有0.4V壓降 但是電流很小 所以功率消耗不大 三極管推薦:S8050

一些電平轉(zhuǎn)換電路 用三極管也比較合適比如：

MOS管 因為工藝問題 要做高壓的話Rdson就會很大。

控制方式不同。MOS管是電壓控制型器件，其工作依賴于電壓的變化；而三極管是電流控制型器件，主要通過電流來控制。

成本不同。三極管的成本較低，制作工藝相對簡單；MOS管的價格通常較高，制作工藝更為復(fù)雜。

功耗不同。三極管的驅(qū)動損耗較大，尤其在飽和狀態(tài)下；MOS管的驅(qū)動損耗較小，尤其在開關(guān)模式下。

開關(guān)速度不同。三極管的開關(guān)速度通常比MOS管快，特別是在高頻應(yīng)用下；MOS管的開關(guān)速度受其柵電容影響，不如三極管快。

驅(qū)動能力不同。MOS管在作為開關(guān)使用時，能夠提供較大的驅(qū)動能力，適合用于大電流場合；三極管則更適合用于數(shù)字電路中的開關(guān)控制。

耐壓能力不同。MOS管由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有較高的耐壓能力；而普通三極管的耐壓能力相對較低。

這些區(qū)別使得MOS管和三極管在應(yīng)用場景上有所不同，選擇時應(yīng)根據(jù)具體需求和條件來決定。

mos導(dǎo)通電阻比三極管小，但是三極管更容易做出高耐壓。mos的驅(qū)動電流比三極管小很多，驅(qū)動功率也就小很多。所以在高壓場合就有了mos和三極管的結(jié)合體IGBT。而低壓大電流的場合，比如鋰電池保護電路和開關(guān)電源，電腦主板供電普遍使用mos因為導(dǎo)通電阻小，損耗就小，只需要小小散熱片就可以。

MOS管和三極管很相似！??！ 三極管功耗高

MOS管主要是 低電流 低功耗的方法控制高電流

MOS管優(yōu)點：柵極控制功耗很低 但是導(dǎo)通大電流功耗會很大

三極管的優(yōu)點是 導(dǎo)通功耗低 控制功耗會很大