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模电难点:场效应管(mosfet)其实就是一个电控开关?

三极管是中间端口的电流控制另外两个端口的电流,分为NPN型和PNP型。今天我们这节课给大家讲另外一种半导体晶体管,叫MOS管,它是中间端口的电压控制另外两端的电流,这也是我们通常说的场效应管。
 MOS管作为半导体领域最基础的器件之一,无论是在IC设计中还是在我们的板级电路应用中都十分的广泛。目前尤其在大功率半导体器件领域,各种结构的MOS管更是发挥着不可或缺的作用,作为一个基础器件,说难它也难,说简单它也简单。简单在于它的结构,复杂在于基于应用的深入考量。因此作为一名硬件工程师、硬件开发者想要电路设计上进阶,就必须要了解我们今天的主角MOS管。接下来通过一则小小的实验,来了解一下MOS管是怎么工作的吧。这里面选择的是N沟道,然后增强型的2N7002,栅极G级接入的是一个方波,源级S级接的是地,漏极D接的是一个10V的电压,还有一个一千欧的电阻,还有一个LED灯。LED灯可以用来看一下我们MOS管的工作的状态。我们来运行看一下。然后MOS管肯定是在工作了,因为LED灯在闪烁。我们用示波器来看一下LED灯的闪烁跟输入的电压的关系:灯亮的时候停止,G级的电压是高电平,这个时候Ugs之间的电压它是正的,那说明MOS管子是导通的。接下来我们看一下LED关闭的状态,它的电压情况,电压确实是0V,Ugs之间的电压是零的话,说明MOS管子是不导通的,接不到地电路不通,LED灯就不亮的。

刚刚这个实验,我们能够看到MOS管可以作为开关用,来控制LED灯的开和关。为什么MOS管可以作为开关的用途,我们今天的这节课当然会给大家讲解。在讲解这个知识之前,妮姐跟大家普及MOS管的基础的知识。Mos管的电路符号

电路符号上看,我们能够知道MOS管有三个引脚,然后大家注意看电路符号中的两个箭头。这两个箭头就代表了MOS管的不同的类型。如果说我们这个箭头是往里的,左边为N型,右边就是P型。(妮姐这里以增强型MOS管举例,其实MOS的分类还有耗尽型的,这里不在一一画给大家了。辨别的方法和增强型类似。

这节课我们不给大家去讲它内部是怎么工作的,PN结什么的,我们就讲讲在电路中是怎么用他们的。

Mos管的三极


认识完N型和P型之后,妮姐考考大家,MOS管的三个引脚各自对应什么极吗?
我们都知道MOS管的话有三个极,是哪三个极呢?分别是S、D,还有一个G。你们知道中文分别对应的是什么吗?S极对应的是Mos管的源极,D极是漏极,G极就是栅极。想看三极之间的关联,可要继续关注达尔闻必考课堂的MOS管系列了。三极如何对应符号


这三个极怎么对应到电路符号上去呢,其实是有诀窍的。大家看到这边是一个单独的一根线,其实和三极管也有点类似了。三极管的这一根线它也是作为我们的基极,这根线在Mos管里就是栅极。然后另外一个窍门就是这两个相连的就是S极,那剩下的另外一极D极就是漏极。这样的话我们就知道了,这个符号的MOS管是N型的MOS(NMOS),然后它的三个极分别是G、S、D。这个型号的话它是P型 PMOS,G、S、D。 大家有的时候可能会看到,比如上图,在电路用MOS管的时候,电路符号里面还有一个二极管。这个二极管叫什么呢?通常称它为寄生二极管。那二极管的方向跟MOS管的S的方向是相对应的。MOS管的基本知识就先到这里。MOS管的开关功能


上面实验里面,MOS管是怎么起到开关的作用的呢?
MOS管作为开关用的话,以N型的来举个例子。作为开关用的条件,就是不管是N型的还是P型的。条件就是:当MOS管G极的电压Ug大于源级的电压,S级的电压的时候,导通状态当MOS管Ug等于Us的时候,就是截止状态。(妮姐补充:MOS管导通是有一个门限电压Uth,上面讲的截止和导通是一个非常理想的状态,就是Uth=0V时。当然这种状态是不存在的,我们在用MOS管的时候,需要查看Uth的值,当Ugs之间的电压大于这个值时,MOS管就是导通状态,小于这个值,MOS管就是截止状态。)可能会有人跟妮姐说你讲的太简单了,其实我们在用的时候不就是只要记住它怎么用的吗?如果说你想明白这件事情的话,建议你多去学习一下模电相关的知识,这里面会涉及到PN结等知识。MOS管和三极管的区别


些人会问三极管和MOS管有什么区别的地方呢?
三极管和MOS管其实有很相像的地方,比如说他们都能放大电流。什么时候用MOS管,什么时候用三极管呢?这里的话给大家讲一下三极管和MOS管的区别:第一,从性质、根本上来说,MOS管是电压控制型的,而三极管是电流控制型的。比如说我们有一个情景是只允许从信号源取得较少电流的情况下,这个时候我们就要用MOS管;如果说信号的电压比较低,但是允许从信号源取出较大电流的情况下,我们就选择三极管。第二,三极管通常是用来放大一些交流的信号,比如我们功放里会用很多级的三极管来放大我们的模拟信号;MOS管通常作为开关用,比如电机驱动器。第三,从成本上来说,三极管价格是比较低的,MOS管略贵一点。第四,从功耗上来说,三极管损耗也是比较大的,MOS管是略低一些。第五,驱动能力上的话,MOS管通常是用在开关电源的地方,作为开关电路来用。其实MOS管的知识挺多的,也挺复杂的,应用也挺广泛的。今天的第一节课就是一个抛砖引玉,讲一个简单的基础知识,以及MOS管的一个最常用也是最简单的一个应用,就是开关的作用。接下来MOS管的课还会有出其他的系列的课程,由浅入深,慢慢来,大家先不要着急,继续关注“达尔闻说”的MOS系列吧。

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