扔掉教科書，談談MOS管的實際用法

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體場效應電晶體，英文名Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，屬於絕緣柵極場效電晶體，以矽片為秤體，利用擴散工藝製作……。有N溝道和P溝道兩個型。不僅如此，它還有兩個兄弟，分別是結型場效電晶體以及晶體場效電晶體……。

面對這麼大一段話，我不知道你有沒有搞明白，反正我大學裡是完全沒有搞明白，學了一個學期就學了個寂寞。

本文拋開教科書上的裹腳布，從應用層面出發來給大家介紹一下MOS管裡面最常見也是最容易使用的一種：增強型NMOS管，簡稱NMOS。當你熟悉了這個NMOS的使用之後呢，再回過頭去看這個教材上的內容，我相信就會有不同的體會了。

NMOS的用法

首先來看這麼一張簡單的圖，如下，我們可以用手去控制這個開關的開合，以此來控制這個燈光的亮滅。

那如果我們想要用Arduino或者微控制器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了。為了更加符合我們工程的實際使用習慣呢，我們需要把這張圖稍微轉換一下，就像如下圖這樣子。

那這兩張圖是完全等價的，我們可以看到MOS管是有三個埠，也就是有三個引腳，分別是gate，drain和source。只要記住他們分別簡稱g、d、s就可以，如下圖。

我們把微控制器的一個IO口接到這個MOS管的gate埠，就可以控制這個燈泡的亮滅了。當然別忘了供電。當這個微控制器的IO口輸出為高的時候，NMOS就等效為這個被閉合的開關，指示燈光就會被開啟；那輸出為低的時候呢，這個NMOS就等效為這個開關被鬆開了，那此時這個燈光就被關閉，是不很簡單。

那如果我們不停的切換這個開關，那燈光就會閃爍。如果切換的這個速度再快一點，因為人眼的視覺暫留效應，燈光就不閃爍了。此時我們還能透過調節這個開關的時間來調光，這就是所謂的PWM波調光，以上就是MOS管最經典的用法，它實現了微控制器的IO口控制一個功率器件。當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、電磁鐵這樣的東西。MOS管實現的小玩意，點選觀看：用MOSFET實現的小玩意兒。

如何選擇NMOS

明白了NMOS的用法之後呢，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。

那對於一個初學者來說，有四個比較重要的引數需要來關注一下。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引數呢，我們先要來介紹一下NMOS的等效模型，如下圖。

MOS其實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電壓的變化而產生變化。當然它們不是線性對應的關係，實際的關係差不多像這樣的，橫座標是g、s電壓差。Rds與Vgs關係圖，如下。

縱座標是電阻的值，當g、s的電壓小於一個特定值的時候呢，電阻基本上是無窮大的。然後這個電壓值大於這個特定值的時候，電阻就接近於零，至於說等於這個值的時候會怎麼樣，我們先不用管這個臨界的電壓值，我們稱之為vgsth，也就是開啟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管的資料手冊裡面找到它，如下。

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

接下來我們再來看看NMOS的第二個重要引數Rdson，剛才有提到NMOS被完全開啟的時候，它的電阻接近於零。但是無論多小，它總歸是有一個電阻值的，這就是所謂的Rdson。它指的是NMOS被完全開啟之後，d、s之間的電阻值。同樣的你也可以在資料手冊上找到它。這個電阻值當然是越小越好。越小的話呢，它分壓分的少，而且發熱也相對比較低。但實際情況一般Rdson越小，這個NMOS的價格就越高，而且一般對應的體積也會比較大。所以還是要量力而行，選擇恰好合適。

最後說一下Cgs，這個是比較容易被忽視的一個引數，它指的是g跟s之間的寄生電容。所有的NMOS都有，這是一個製造工藝的問題，沒有辦法被避免。

那它會影響到NMOS開啟速度，因為載入到gate端的電壓，首先要給這個電容先充電，這就導致了g、s的電壓並不能一下子到達給定的一個數值。

它有一個爬升的過程。當然因為Cgs比較小，所以一般情況下我們感覺不到它的存在。但是當我們把這個時間刻度放大的時候，我們就可以發現這個上升的過程了。對於這個高速的PWM波控制場景是致命的。當PWM波的週期接近於這個爬升時間時，這個波形就會失真。一般來說Cgs大小和Rdson是成反比的關係。Rdson越小，Cgs就越大。所以大家要注意平衡他們之間的關係。

以上就是關於NMOS需要初步掌握的知識了。

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