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增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

h1654155149.6853 ? 來(lái)源:小平頭電子技術(shù)論壇社區(qū) ? 作者:Tamia ? 2022-03-21 12:00 ? 次閱讀

當(dāng)說(shuō)到MOS管的時(shí)候呢,你的腦子里可能是一團(tuán)糨糊的。

大部分的教材都會(huì)告訴你長(zhǎng)長(zhǎng)的一段話(huà):

MOS管全稱(chēng)金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管,英文名Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,屬于絕緣柵極場(chǎng)效晶體管,以硅片為秤體,利用擴(kuò)散工藝制作.......有N溝道和P溝道兩個(gè)型。不僅如此,它還有兩個(gè)兄弟,分別是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管以及晶體場(chǎng)效應(yīng)管.......

面對(duì)這么大一段話(huà),我不知道你有沒(méi)有搞明白,反正我大學(xué)里是完全沒(méi)有搞明白,學(xué)了一個(gè)學(xué)期就學(xué)了個(gè)寂寞。

那為什么這些教材要這么的反人類(lèi),他們難道就不能好好寫(xiě)說(shuō)人話(huà)嗎?

我大概分析了一下,因?yàn)橥槐窘滩乃枰鎸?duì)不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生,所以教材最重要的是嚴(yán)謹(jǐn)。和全面相比是不是通俗易懂就沒(méi)有那么重要了。而且一般的教材也不會(huì)告訴你學(xué)了有什么用,這就導(dǎo)致了在學(xué)習(xí)中你很容易迷失在這些概念中,抓不到重點(diǎn)。

那本文呢,我想根據(jù)自己的工作學(xué)習(xí)經(jīng)歷,拋開(kāi)書(shū)本上這些教條的框架,從應(yīng)用側(cè)出發(fā)來(lái)給大家介紹一下MOS管里面最常見(jiàn)也是最容易使用的一種:增強(qiáng)型NMOS管,簡(jiǎn)稱(chēng)NMOS。當(dāng)你熟悉了這個(gè)NMOS的使用之后呢,再回過(guò)頭去看這個(gè)教材上的內(nèi)容,我相信就會(huì)有不同的體會(huì)了。

NMOS的用法

首先來(lái)看這么一張簡(jiǎn)單的圖(圖1),我們可以用手去控制這個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)合,以此來(lái)控制這個(gè)燈光的亮滅。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖1

那如果我們想要用Arduino或者單片機(jī)去控制這個(gè)燈泡的話(huà)呢,就需要使用MOS管來(lái)替換掉這個(gè)開(kāi)關(guān)了。為了更加符合我們工程的實(shí)際使用習(xí)慣呢,我們需要把這張圖稍微轉(zhuǎn)換一下,就像如圖2這樣子。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖2

那這兩張圖是完全等價(jià)的,我們可以看到MOS管是有三個(gè)端口,也就是有三個(gè)引腳,分別是gate,drain和source。至于為啥這么叫并不重要,只要記住他們分別簡(jiǎn)稱(chēng)g、d、s就可以。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖3

我們把單片機(jī)的一個(gè)IO口接到這個(gè)MOS管的gate端口,就可以控制這個(gè)燈泡的亮滅了。當(dāng)然別忘了供電。當(dāng)這個(gè)單片機(jī)的IO口輸出為高的時(shí)候,NMOS就等效為這個(gè)被閉合的開(kāi)關(guān),指示燈光就會(huì)被打開(kāi);那輸出為低的時(shí)候呢,這個(gè)NMOS就等效為這個(gè)開(kāi)關(guān)被松開(kāi)了,那此時(shí)這個(gè)燈光就被關(guān)閉,是不很簡(jiǎn)單。

那如果我們不停的切換這個(gè)開(kāi)關(guān),那燈光就會(huì)閃爍。如果切換的這個(gè)速度再快一點(diǎn),因?yàn)槿搜鄣囊曈X(jué)暫留效應(yīng),燈光就不閃爍了。此時(shí)我們還能通過(guò)調(diào)節(jié)這個(gè)開(kāi)關(guān)的時(shí)間來(lái)調(diào)光,這就是所謂的PWM波調(diào)光,以上就是MOS管最經(jīng)典的用法,它實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的IO口控制一個(gè)功率器件。當(dāng)然你完全可以把燈泡替換成其他的器件。器件比如說(shuō)像水泵、電機(jī)電磁鐵這樣的東西。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖4 PWM波調(diào)光

如何選擇NMOS

明白了NMOS的用法之后呢,我們來(lái)看一下要如何選擇一個(gè)合適的NMOS,也就是NMOS是如何選型的。

那對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō),有四個(gè)比較重要的參數(shù)需要來(lái)關(guān)注一下。第一個(gè)是封裝,第二個(gè)是vgsth,第三個(gè)是Rdson上,第四個(gè)是Cgs。

封裝比較簡(jiǎn)單,它指的就是一個(gè)MOS管這個(gè)外形和尺寸的種類(lèi)也有很多。一般來(lái)說(shuō)封裝越大,它能承受的電流也就越大。為了搞明白另外三個(gè)參數(shù)呢,我們先要來(lái)介紹一下NMOS的等效模型。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖5 NMOS等效模型

MOS其實(shí)可以看成是一個(gè)由電壓控制的電阻。這個(gè)電壓指的是g、s兩端的電壓差,電阻指的是d、s之間的電阻。這個(gè)電阻的大小呢,它會(huì)隨著g、s電壓的變化而產(chǎn)生變化。當(dāng)然它們不是線(xiàn)性對(duì)應(yīng)的關(guān)系,實(shí)際的關(guān)系差不多像這樣的,橫坐標(biāo)是g、s電壓差。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖6Rds與Vgs關(guān)系圖

縱坐標(biāo)是電阻的值,當(dāng)g、s的電壓小于一個(gè)特定值的時(shí)候呢,電阻基本上是無(wú)窮大的。然后這個(gè)電壓值大于這個(gè)特定值的時(shí)候,電阻就接近于零,至于說(shuō)等于這個(gè)值的時(shí)候會(huì)怎么樣,我們先不用管這個(gè)臨界的電壓值,我們稱(chēng)之為vgsth,也就是打開(kāi)MOS管需要的g、s電壓,這是每一個(gè)MOS管的固有屬性,我們可以在MOS管的數(shù)據(jù)手冊(cè)里面找到它。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖7 MOS管數(shù)據(jù)手冊(cè)

顯然vgsth一定要小于這個(gè)高電平的電壓值,否則的話(huà)就沒(méi)有辦法被正常的打開(kāi)。所以在你選擇這個(gè)MOS管的時(shí)候,如果你的高電平是對(duì)應(yīng)的5V,那么選3V左右的vgsth是比較合適的。太小的話(huà)會(huì)因?yàn)楦蓴_而誤觸發(fā),太大的話(huà)又打不開(kāi)這個(gè)MOS管。

接下來(lái)我們?cè)賮?lái)看看NMOS的第二個(gè)重要參數(shù)Rdson,剛才有提到NMOS被完全打開(kāi)的時(shí)候,它的電阻接近于零。但是無(wú)論多小,它總歸是有一個(gè)電阻值的,這就是所謂的Rdson。它指的是NMOS被完全打開(kāi)之后,d、s之間的電阻值。同樣的你也可以在數(shù)據(jù)手冊(cè)上找到它。這個(gè)電阻值當(dāng)然是越小越好。越小的話(huà)呢,它分壓分的少,而且發(fā)熱也相對(duì)比較低。但實(shí)際情況一般Rdson越小,這個(gè)NMOS的價(jià)格就越高,而且一般對(duì)應(yīng)的體積也會(huì)比較大。所以還是要量力而行,選擇恰好合適。

最后說(shuō)一下Cgs,這個(gè)是比較容易被忽視的一個(gè)參數(shù),它指的是g跟s之間的寄生電容。所有的NMOS都有,這是一個(gè)制造工藝的問(wèn)題,沒(méi)有辦法被避免。

那它會(huì)影響到NMOS打開(kāi)速度,因?yàn)榧虞d到gate端的電壓,首先要給這個(gè)電容先充電,這就導(dǎo)致了g、s的電壓并不能一下子到達(dá)給定的一個(gè)數(shù)值。

增強(qiáng)型NMOS管的使用與選型

圖8

它有一個(gè)爬升的過(guò)程。當(dāng)然因?yàn)镃gs比較小,所以一般情況下我們感覺(jué)不到它的存在。但是當(dāng)我們把這個(gè)時(shí)間刻度放大的時(shí)候,我們就可以發(fā)現(xiàn)這個(gè)上升的過(guò)程了。對(duì)于這個(gè)高速的PWM波控制場(chǎng)景是致命的。當(dāng)PWM波的周期接近于這個(gè)爬升時(shí)間時(shí),這個(gè)波形就會(huì)失真。一般來(lái)說(shuō)Cgs大小和Rdson是成反比的關(guān)系。Rdson越小,Cgs就越大。所以大家要注意平衡他們之間的關(guān)系。

以上就是關(guān)于NMOS大家需要初步掌握的知識(shí)了。

原文標(biāo)題:干貨|拋開(kāi)教材,從實(shí)用的角度聊聊MOS管

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審核編輯:湯梓紅

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