电子元器件-MOS管

工作原理

链接: 另类方式讲解晶体管
MOS管的全称：

当给栅极高电平时，这个MOS就会导通，给低电平时就会截止


MOS的构造

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。

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。

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。
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。

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。

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。
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。

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，

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。
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。

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