整理笔记——MOS管、三极管、IGBT

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。