一、MOS管
在实际生活要控制点亮一个灯,例如家里的照明能,灯和电源之间就需要一个开关需要人为的打开和关闭。
再设计电路板时,如果要使用MCU来控制一个灯的开关,通常会用mos管或是三极管来做这个开关元件。这样就可以通过MCU的信号来控制这个灯的开关和开关时间。
灯只是一个示意,实际使用时可以替换为电机或是水泵等等。
1.1、NMOS
NMOS可以成是一个由电压控制的电阻.。电压指的是G、S两端的电压差,电阻指的是D、S之间的电阻值。这个电阻值的大小会随着G、S之间的电压差变化。
D、S之间的电阻值与是G、S两端的电压差,并非是一个线性的关系,如下图所示,当Vgs小于一定值时,Rds之间的电阻几乎是无穷大的。
当电压大于临界值时,电阻骤降,这个临界值成为:Vgs(th),是mos管选型的一个重要参数。
当MOS管被完全打开时,DS之间的电阻值成为RDson,再数据手册一样能看到,也是器件选型时需要考虑的参数。
1.2、PMOS
PMOS与NMOS的控制逻辑是相反的。
通常对于芯片等有源器件,使用PMOS作为上管控制,
对于灯泡、或者电机这种无源功率器件,使用NMOS作为下管控制。
二、三极管
三极管的放大状态、饱和状态、截止状态等基础内容,这里不在细说了,随便一本说上都有相关的介绍。
2.1 MOS管与三极管的区别
- MOS管是电压控制的元件、三极管是电流控制的元件。三极管的B、E之间存在一个二极管。维持三极管打开的必要条件就是B、E之间存在持续的电流。当电流消失时,开关立即断开。而MOS管只需要保持G、S之间的电压差即可保持开关状态,不需要有持续的电流。
- 因为保持三极管打开需要持续的电流,所有三极管更耗电。大型集成电路多采用MOS管作为基础元件。
- 三极管的导通阻抗大,MOS管的导通阻抗小。例如当MOS管导通时,D、S之间的电阻很小,假设为10毫欧,通过10A电流时的工号约为1W。而三极管的C、E之间是一个二极管,二极管上的压降为0.4V,同样通过10A电流时,功耗为4W。
- 三极管相比MOS管的价格便宜
- 三极管可以耐大电流,MOS管做不到这一点。
三、IGBT
绝缘栅双极晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)综合了电力晶体管(Giant Transistor—GTR)和电力场效应晶体管(Power MOSFET)的优点,具有良好的特性,应用领域很广泛;IGBT也是三端器件:栅极,集电极、发射极。
IGBT常用与大功率、高电压的场景。
在实际生活中会遇到需要耐高压、大功率、开关速度快的晶体管,这种时候就需要用的IGBT。
常见的电子开关原件有MOS管和三极管。MOS管最大的问题就是不耐高压,但是可以通过大电流。
三极管可以耐高压,要使CE之间通过大电流,三极管的BE之间就需要给一个大电流。这点普通的单片机是做不到的。(一般单片机的IO口最大输出20mA电流,当大100倍也就只有2A)。
使用MOS管和三极管的组合,就可以实现单片机驱动一个大电流 输出的元件。
当单片机输出高电平时,MOS管打开,电流流向为三极管的E、B、GND。
当单片机输出低电平时,MOS管关闭,此时没有电流。
四、总结
在电路中,经常会用到高速的开关去产生PWM波。这个开关可以是MOS管、三极管、或是IGBT。