电子元器件-MOS管

发布时间:2023年12月17日

工作原理

链接: 另类方式讲解晶体管
MOS管的全称:
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当给栅极高电平时,这个MOS就会导通,给低电平时就会截止
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MOS的构造
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纯净的硅是不到点的,因为硅原子的最外层是8个电子,很难失去电子,掺杂5价磷,就构成了N型半导体,在纯净的硅原子中掺杂3价硼,就成了P型半导体。

如果直接给漏极源极之间施加电压是不导通的,因为中间P区的自由电子浓度太低,这相当属于是两个方向不同的二极管。
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为了让MOS管导通,可以给栅极施加一个电压,这样栅极的金属板就会产生一个电场,P区的自由电子就会被吸引过来,将电子都集中在两个N极之间,这样相当于连通了N极,此时漏极和源极就可以导通。当把栅极电压撤掉,电子就不会聚集在这里了,此时DS间也就断开了。
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NMOS选型

下图电路,可以手动波动开关来控制灯的亮灭,如果想要用单片机来控制这个灯的话,需要使用一个NMOS来替换掉这个开关。
在这里插入图片描述单片机端口输出高电平,NMOS就等效为开关闭合,灯泡点亮,输出为地电平,灯泡熄灭。不停地切换这个开关,灯光就会闪烁,如果切换的特别快,由于人眼的视觉暂留效应,灯光就不闪烁了。此时也可以通过调节开关的时间来调光的亮度,这就是PWM。这实现了一个单片机IO口控制一个功率器件。
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有四个比较关键的参数:封装,Vgsth,Rdson,Cgs.

封装

这是指NMOS的外形和尺寸,种类也有很多. 一般来说,封装越大,能承受的电流也就越大。
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Vgsth

NMOS等效模型。NMOS可以看做是一个由电压控制的电阻。这个电压指的是gs两端的电压差,电阻是DS之间的电阻,这个电阻的大小会随着电压的变化而变化。
在这里插入图片描述当然了这个电阻和电压不是线性对应的关系。实际的关系差不多是下图所示。横坐标是gs电压差,纵坐标是电阻的值,当gs的电压小于一个特定的值时,电阻基本是无穷大的,当电压值大于这个特值时,电阻就接近0。至于等于这个值时可以先不管。
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这个临界电压值就是Vgsth,也就是打开NMOS需要的gs电压,这是每一个NMOS的固有属性,可以在datasheet中看到。显然Vgsth要小于高电平的电压值,否则NMOS就没办法被打开,所以在选在MOS时,如果高电平是5V,那么选3V左右的Vgsth是比较合适的,太小的话会被干扰误触发,太大又打不开这个MOS管。

Rdson

NMOS被完全打开的时候,它的电阻接近于0,但无论多小,总归是有一个电阻值的,这就是所谓的Rdson。它指的是NMOS被完全打开时的DS电阻,同样也可以在datasheet中找到。

这个电阻值当然是越小越好,阻值越小分压越小,发热相对比较低。但实际情况一般Rgson越小,这个NMOS也会越贵,一般对应的体积也会越大。

Cgs

Cgs是g和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,没有办法避免,
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它会影响NMOS的打开速度。因为加载到g极的电压,要先给这个电容充电,这就导致了gs的电压并不能一下子到达给定的数值,会有一个爬升的过程。
在这里插入图片描述当然应为Cgs比较小,所以一般情况可能感觉不到它的存在,但当把时间刻度放大时,就可以发现这个上升的过程。它对于告诉的PWM控制场景是致命的,当PWM的周期接近于这个上升时间时,这个波形就会失真。

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一般来说,Cgs个Rdson是成反比关系,Rdson越小,Cgs越大,所以要平衡之间的关系。

另外,详细MOS管知识参考
链接: 全面认识MOS管,一篇文章就够了

文章来源:https://blog.csdn.net/qq_40618919/article/details/135037000
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