MOS管学习笔记

导通条件

NMOS

Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况（低端驱动），只要栅极电压达到4V或10V就可以了。

PMOS

Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况（高端驱动）。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

外围常用电路

NMOS管，一般使用NMOS作为下管使用，S极直接接地（电压为固定值0V），只需将G极电压Vgs达到大于一定的值就会导通；

PMOS，一般使用PMOS作为上管，S极直接接电源VCC，S极电压固定，只需G极电压比S极低，Vgs小于一定的值就会导通

NMOS的使用：

相当于开关

把单片机的一个引脚接到NMOS管上的G（栅极）端口 就可以控制灯泡了

当单片机输出为 高电平时 相当于开关 闭合 NMOS管（和PMOS相反）

当单片机引脚输出位 低电平时 相当于 开关 断开

NMOS的选型：

封装：

指的就是NMOS的外形和尺寸 一般来说 封装越大 承受的电流也就越大

NMOS可以看成由电压控制的电阻

电压指的是GS 两端的电压差 电阻指的是DS两端的电阻

电阻的大小会随着GS的电压的变化而变化 VGS小于一个特定值的时候 电阻是无穷大 当VGS大于一个特定值的时候 电阻接近于0（但不等于0）（和NPN三极管很像！可以联想一下 三极管的 基极和发射极的电压差）

Vgs（th）：

打开NMOS需要的 gs电压 Vgs Vgs应该小于 单片机高电平 的电压值 否则nmos就没法打开。

Rdson：

NMOS被完全打开时的DS电阻（NMOS被打开 电阻接近于0 但不等于0 ） 越小越好

Cgs：

g跟s之间的寄生电容（制造工艺问题 无法避免）会影响到nmos的打开速度 Cgs大小和Rdson的大小成反比。Rdson越小 Cgs就越大

PMOS的使用

控制逻辑

高电平 相当于开关断开 灯泡熄灭

低电平 相当于 开关闭合 灯泡点亮

一般对于 灯泡 电机 这种无源功率器件 我们可以用NMOS作为 下管控制（NMOS在下面）

对于芯片 这种有源器件 我们一般用 PMOS 作为 上管控制 （NMOS在上面）

如果是控制芯片时 用PMOS管作为上管

什么是N型半导体？

纯硅中加入五价磷元素 让原本四价的硅元素（四价就稳定了 但是多出来了一个电子就不稳定了）多出一个电子。

什么是P型半导体？（P型半导体里面也有电子！）

纯硅中加入了 三价的硼元素 此时 这里就会缺少一个电子 产生 空穴

PN结

将 P型半导体 和N型半导体 相连 就变成了 单向导电的 PN结（也就是二极管的基本结构） P区有较多的空穴 N区则布满自由移动的电子 电流的方向：电子的流动方向与电流的方向相反 电子从N-->P 所以 电流从P--->N (也可以记忆成 PN结 就是 电流从P-->N)

MOS管的原理：通过控制栅极（G）的电压就能控制源极（S）和漏极（D）的导通和关闭 相当于开关

返回MOS管的结构中可以看到 两个P区相连的PN结 相当于两个背靠背的二极管

我们尝试给 源极和漏极 通电，此时MOS管无论如何都是截止的 因为二极管一个导通另一个就会截止

为了让 源极和漏极 导通 我们就在P区 覆盖一层很薄的二氧化硅绝缘层再加上一层金属板

从金属板上引出MOS管的栅极G，给栅极通电金属板就有电场 电场会将P区里的电子吸引 施加给栅极的电压越大

被吸引的电子就越多 慢慢的靠近绝缘层的地方都是电子也就是N沟道 因为N沟道的存在所以PN结就不存在了 整个区域可以看作一块连通的N形半导体 于是这个MOS管就导通了

MOS管的主要作用：开关

MOS管可以用来替代开关 因为是半导体器件可以在极短的时间内 完成 很高的开关频率 在电机驱动等一系列电路中 也起到至关重要的作用

MOS管的分类：

NMOS：箭头指向栅极 Vgs要大于一定值才会导通

NMOS的原理 就是 通过控制栅极的电压来控制MOS管的开关 （参考上一结MOS管的原理）导通电压Vgs要大于一定值才会导通

NMOS 箭头向内 是指 将电子吸引

PMOS：箭头背着栅极所以他的Vgs要小于一定值才能导通

PMOS和 NMOS 正好相反 利用N型半导体内的空穴移动进行工作 原理是给栅极施加负电压N型区的电子就会被排斥远离绝缘层 空穴被吸引形成P沟道 所以他的Vgs要小于一定值才能导通

PMOS箭头向外 是指 将 电子排斥

MOS管

图片

会发现原理图中的有些MOS管有个二极管的存在 ， 但不是真实存在的 而是基于MOS管的生产工艺造成的。

MOS管的结构

MOS管的内部可以看成两个 背靠背的二极管

在设计的时候 源极S和衬底内部相连 这样就与漏极之间形成了一个二极管 （把上图的左边的二极管放到下图的右边下面 就能看出来了 等价一下）

如果是NMOS（N沟道MOS管） 以P型半导体为衬底 二极管 方向就是这样

以P型半导体作为衬底 加上两个N型半导体

如果是PMOS 衬底半导体是N型 就会产生方向相反的二极管（注意看 上图和下图的 D S反向了）

以N型半导体作为衬底 加上两块P型半导体

我们把生产工艺形成的二极管 称之为 体二极管 （寄生二极管）

主要作用：

1.可以区分哪个是 源极S 和漏极D

2.保护作用：当电路中出现很大的瞬间反向电流时 可以通过这个二极管排出 不会对MOS管造成伤害

3.如果将MOS管的源极和漏极反接 因为体二极管的存在MOS管就会失去开关的作用

原理

截止：当栅极没有电压时 漏极和源极不导通

导通：给栅极施加电压漏极和源极导通

重要特性

1.MOS管的栅极输入阻抗非常高 所以说 它的输入几乎不取电流

2.MOS的栅极容易被静电击穿

MOS管和三极管的区别

MOS管:电压控制 元件

三极管：电流控制 元件

怎么理解：

三极管BE之间 可以理解为存在一个二极管 这也就产生了一个电流的通路

当给三极管施加高电平的时候 be之间会产生持续的电流 Ibe 只有Ibe存在时 三极管才会被打开 当把高电平拿走时 电流瞬间消失 三极管就关闭

维持三极管打开的条件就是be之间存在持续的电流，所以说是电流控制元件

对于MOS管来说：GS 不存在通路， 仅仅存在一个寄生电容

只要维持gs的电压差 mos管就会打开 因为有寄生电容的存在 即使撤走了高电平 灯泡也会亮一会 直到 电荷慢慢放光 MOS管才会关闭 所以称为电压控制器件的原因

MOS管导通 DS之间等效为一个电阻（阻值很小） 三极管导通后 CE之间等效为一个二极管（二极管有压降）

小功率控制场景 比如说：led灯 小功率直流电机 运行电流小于100ma 使用三极管就很划算 因为三极管虽然有0.4V压降 但是电流很小 所以功率消耗不大 三极管推荐:S8050

一些电平转换电路 用三极管也比较合适比如：

MOS管 因为工艺问题 要做高压的话Rdson就会很大。

控制方式不同。MOS管是电压控制型器件，其工作依赖于电压的变化；而三极管是电流控制型器件，主要通过电流来控制。

成本不同。三极管的成本较低，制作工艺相对简单；MOS管的价格通常较高，制作工艺更为复杂。

功耗不同。三极管的驱动损耗较大，尤其在饱和状态下；MOS管的驱动损耗较小，尤其在开关模式下。

开关速度不同。三极管的开关速度通常比MOS管快，特别是在高频应用下；MOS管的开关速度受其栅电容影响，不如三极管快。

驱动能力不同。MOS管在作为开关使用时，能够提供较大的驱动能力，适合用于大电流场合；三极管则更适合用于数字电路中的开关控制。

耐压能力不同。MOS管由于其内部结构，具有较高的耐压能力；而普通三极管的耐压能力相对较低。

这些区别使得MOS管和三极管在应用场景上有所不同，选择时应根据具体需求和条件来决定。

mos导通电阻比三极管小，但是三极管更容易做出高耐压。mos的驱动电流比三极管小很多，驱动功率也就小很多。所以在高压场合就有了mos和三极管的结合体IGBT。而低压大电流的场合，比如锂电池保护电路和开关电源，电脑主板供电普遍使用mos因为导通电阻小，损耗就小，只需要小小散热片就可以。

MOS管和三极管很相似！！！ 三极管功耗高

MOS管主要是 低电流 低功耗的方法控制高电流

MOS管优点：栅极控制功耗很低 但是导通大电流功耗会很大

三极管的优点是 导通功耗低 控制功耗会很大