嵌入式硬件电子电路设计（五）MOS管详解（NMOS、PMOS、三极管跟mos管的区别）

news2024/12/21 18:53:19

引言：在我们的日常使用中，MOS就是个纯粹的电子开关，虽然MOS管也有放大作用，但是几乎用不到，只用它的开关作用，一般的电机驱动，开关电源，逆变器等大功率设备，全部使用MOS管作为电子开关，使用起来比较方便，简单粗暴，经常用到的只有N沟道的MOS管，并且也针对PMOS讲解，并对比三极管跟mos管的区别。

NMOS管的基础认识

NMOS工作条件

NMOS的等效电路及驱动方法

PMOS的等效电路及驱动方法

三极管和mos管的区别

MOS管选型

MOS管封装

MOS容易忽视的参数-Cgs

NMOS管的基础认识

如下图所示，简单的电路图，如引脚输出HIGH电平时，NMOS就等效为闭合的开关。

以上就是最经典的用法，实现了io口，来控制功率器件，因此如下图所示，也就是栅极施加电压，即可导通。

NMOS工作条件

（导通条件）：Ugs大于Ugs（th）阈值电压
性质：
1、MOS导通后，相当于开关闭合，压降几乎为0
2、虽然导通压降几乎为0，但是会有一个内阻RDSon
3、GS极之间是一个电容，只有电容充满电后MOS才会导通
4、一般的MOS管DS极之间会自带一个肖特基二极管，MOS由于自身结构会有一个寄生二极管，有的厂家生产时，会故意把这个二极管做大，增强MOS的性能
5、想要让MOS管截至（断开），只要取消掉G极电压即可，但是要注意，必须想办法给GS间那个电容放电！ G ：栅极 D ：漏极 S ：源极

与三极管不同，MOS管为电压型驱动方式，小电压控制大电压。

状态1：单片机输出低电平，Q22截至，A点为高电平，电流方向如图所示，Q20导通，Q23截至，B为高电平 MOS导通，电机转动。

状态2：单片机输出高电平，Q22导通，A点为低电平，电流方向如图所示，Q20截至，Q23导通，B为低电平 MOS关断，电机的自感电流流过D7。

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NMOS的等效电路及驱动方法

可以看成是一个电压控制的电阻，电压就是GS两端的电压差，电阻就指的是DS之间的电阻了，这个电阻的大小呢，会随着gs的电压的变化而产生变化，但是值得注意的是，他们不是线性对应的关系，实际的关系如下所示：

上述的关系图，本质就是当当gs的电压小于一个特定值的时候，电阻基本就是无穷大的，你也可以看成开关断开嘛，断路，当电压值大于特定值的时候，电阻就无限趋近于0，也就是理解成开关闭合，至于说等于这个值的时候会怎么样，这个临界的电压值，我们称之为Vgsth，也就是打开nmos所需要的gs电压了，并且这是每一个nmos的固有属性，我们可以在nmos的数据手册里面找到它，显然Vgsth应该小于高电平的电压值，否则nmos当然也不会正常打开了，因此在你硬件选型的时候，你也需要注意这个点了。

PMOS的等效电路及驱动方法

如下为PMOS与NMOS的结构图如下：

因此PMOS跟NMOS的驱动能力也是相反的，如下图可见，值得注意的是两个mos管的位置。

因此一般对于灯泡、电机这种无源功率器件，我们可以用nmos，如果是有源例如芯片，我们可以用pmos来控制，如下所示：

三极管和mos管的区别

三极管和MOS管（场效应管）都是常见的电子元件，用于放大和开关电路，但它们在结构、工作原理、特性和应用方面有显著差异：

1. 结构与基本原理

三极管：三极管是电流控制型器件，由发射极、基极和集电极组成。其工作原理是通过控制基极电流来调节发射极与集电极之间的电流。
MOS管：MOS管是电压控制型器件，通常分为N沟道和P沟道两种，主要由源极、漏极和栅极构成。它通过栅极电压来控制源极与漏极之间的电流，栅极与其他电极之间有氧化层隔离，基本没有直流电流流入。

2. 控制方式