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）
扫测资讯 2024-11-19 12:07 25 0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。
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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
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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。
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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
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三极管 ：需要基极电流来控制集电极电流，因此输入端存在一定的电流损耗。
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MOS管 ：用栅极电压控制，没有电流损耗（栅极电流极小），输入阻抗很高，非常适合高输入阻抗的电路应用。
3. 驱动电压与电流
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三极管 ：一般需要0.6V左右的基极-发射极电压(V_BE)来导通。驱动电流相对较大，驱动能力较强。
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MOS管 ：一般需要较高的栅极-源极电压(V_GS)来开启，对于N沟道常用10V或更高的电压，逻辑电平的MOS管可以使用5V或3.3V来开启。
4. 开关速度
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三极管 ：开关速度较慢，特别是在高频应用中，开关损耗较大。
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MOS管 ：开关速度较快，尤其适合高速开关应用，因此常用于数字电路、功率电子电路中。
5. 功率和效率
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三极管 ：在大功率应用中，开关效率较低，容易发热。
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MOS管 ：导通电阻低，效率较高，适合大电流、大功率应用，且散热相对较好。
6. 应用
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三极管 ：常用于低功率信号放大、音频放大、信号处理等场合，如音响和小功率电源等。
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MOS管 ：常用于开关电源、电动机控制、高频变换等功率电子电路，尤其在功率放大、数字电路、驱动电路中应用广泛。
MOS管选型
参数： DS间耐压、Id（最大工作电流）、RDS(on)（内阻）、Qgs（栅极电荷）、体二极管压降，电流，反向恢复时间。
MOS管封装
贴片：SOT-23 < SOT-89 < TO-252 < TO-263 < QFN
直插：TO-92 < TO-126 < TO-220 < TO-247
长成集成电路芯片模样的：SOP-8、SOIC-8
MOS容易忽视的参数-Cgs
Cgs就是g跟s之间的寄生电容了，如下所示：
这个Cgs会影响nmos的打开速度，因为加载到gate端的电压，首先要给这个电容充电，这就导致了gs的电压，并不能一下子就到达给定的值，现象也就是下述的图像了，因此这个对高速PWM波是致命的，如果当pwm接近这个爬升波形时，此时就会失真。
