NMOS的用法

當(dāng)我說到MOS管的時候呢，你的腦子里可能是一團(tuán)糨糊的。

大部分的教材都會告訴你長長的一段話：

MOS管全稱：金屬氧化半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，屬于絕緣柵極場效晶體管，以硅片為秤體，利用擴(kuò)散工藝制作.......有N溝道和P溝道兩個型。不僅如此，它還有兩個兄弟，分別是結(jié)型場效應(yīng)管以及晶體場效應(yīng)管...

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

那為什么這些教材要這么的反人類，他們難道就不能好好寫說人話嗎？

我大概分析了一下，因為同一本教材他需要面對不同專業(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有那么重要了。而且一般的教材也不會告訴你學(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)。

本文我想根據(jù)自己的工作學(xué)習(xí)經(jīng)歷，拋開書本上這些教條的框架，從應(yīng)用側(cè)出發(fā)來給大家介紹一下MOS管里面最常見也是最容易使用的一種：增強(qiáng)型NMOS管，簡稱NMOS。

當(dāng)你熟悉了這個NMOS的使用之后呢，再回過頭去看這個教材上的內(nèi)容，我相信就會有不同的體會了。

NMOS的用法

首先來看這么一張簡單的圖（圖1），我們可以用手去控制這個開關(guān)的開合，以此來控制這個燈光的亮滅。

圖1

那如果我們想要用Arduino或者單片機(jī)去控制這個燈泡的話呢，就需要使用MOS管來替換掉這個開關(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。

圖2

那這兩張圖是完全等價的，我們可以看到MOS管是有三個端口，也就是有三個引腳，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稱g、d、s就可以。

圖3

我們把單片機(jī)的一個IO口接到這個MOS管的gate端口，就可以控制這個燈泡的亮滅了。當(dāng)然別忘了供電。

當(dāng)這個單片機(jī)的IO口輸出為高電平的時候，NMOS就等效為這個被閉合的開關(guān)，指示燈光就會被打開；那輸出為低的時候呢，這個NMOS就等效為這個開關(guān)被松開了，那此時這個燈光就被關(guān)閉，是不很簡單。

那如果我們不停的切換這個開關(guān)，那燈光就會閃爍。如果切換的這個速度再快一點(diǎn)，因為人眼的視覺暫留效應(yīng)，燈光就不閃爍了。

此時我們還能通過調(diào)節(jié)這個開關(guān)的時間來調(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。器件比如說像水泵、電機(jī)、電磁鐵這樣的東西。

圖4 PWM波調(diào)光

如何選擇NMOS

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

那對于一個初學(xué)者來說，有四個比較重要的參數(shù)需要來關(guān)注一下。第一個是封裝，第二個是vgsth，第三個是Rdson上，第四個是Cgs。

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

圖5 NMOS等效模型

MOS其實(shí)可以看成是一個由電壓控制的電阻。這個電壓指的是g、s兩端的電壓差，電阻指的是d、s之間的電阻。

這個電阻的大小呢，它會隨著g、s電壓的變化而產(chǎn)生變化。當(dāng)然它們不是線性對應(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。

圖6Rds與Vgs關(guān)系圖

縱坐標(biāo)是電阻的值，當(dāng)g、s的電壓小于一個特定值的時候呢，電阻基本上是無窮大的。

然后這個電壓值大于這個特定值的時候，電阻就接近于零，至于說等于這個值的時候會怎么樣，我們先管這個臨界的電壓值稱之為vgsth，也就是打開MOS管需要的g、s電壓，這是每一個MOS管的固有屬性，我們可以在MOS管的數(shù)據(jù)手冊里面找到它。

圖7 MOS管數(shù)據(jù)手冊

顯然vgsth一定要小于這個高電平的電壓值，否則的話就沒有辦法被正常的打開。所以在你選擇這個MOS管的時候，如果你的高電平是對應(yīng)的5V，那么選3V左右的vgsth是比較合適的。太小的話會因為干擾而誤觸發(fā)，太大的話又打不開這個MOS管。

接下來我們再來看看NMOS的第二個重要參數(shù)Rdson，剛才有提到NMOS被完全打開的時候，它的電阻接近于零。但無論多小，它總歸是有一個電阻值的，這就是所謂的Rdson。

它指的是NMOS被完全打開之后，d、s之間的電阻值。同樣的你也可以在數(shù)據(jù)手冊上找到它。這個電阻值當(dāng)然是越小越好。

越小的話呢，它分壓分的少，而且發(fā)熱也相對比較低。但實(shí)際情況一般Rdson越小，這個NMOS的價格就越高，而且一般對應(yīng)的體積也會比較大。所以還是要量力而行，選擇恰好合適。

最后說一下Cgs，這個是比較容易被忽視的一個參數(shù)，它指的是g跟s之間的寄生電容。所有的NMOS都有，這是一個制造工藝的問題，沒有辦法被避免。

那它會影響到NMOS打開速度，因為加載到gate端的電壓，首先要給這個電容先充電，這就導(dǎo)致了g、s的電壓并不能一下子到達(dá)給定的一個數(shù)值。

圖8

它有一個爬升的過程。當(dāng)然因為Cgs比較小，所以一般情況下我們感覺不到它的存在。但是當(dāng)我們把這個時間刻度放大的時候，我們就可以發(fā)現(xiàn)這個上升的過程了。

對于這個高速的PWM波控制場景是致命的。當(dāng)PWM波的周期接近于這個爬升時間時，這個波形就會失真。

一般來說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了。

審核編輯 ：李倩