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STM32-模电

news 来源：原创 2025/8/11 11:32:18

目录

一、MOS管

二、二极管

三、IGBT 

四、运算放大器

 五、推挽、开漏、上拉电阻

一、MOS管

1. MOS简介

这里以nmos管为例，注意箭头方向。G门极/栅极，D漏极，S源极。

当给G通高电平时，灯泡点亮，给G通低电平时，灯泡熄灭。

mos管有4个参数需要注意：封装、Vgsth、Rdson、Cgs

nmos可以看成是由电压控制的电阻，电压是G-S两端的电压差，电阻是D-S之间的电阻。这个电阻的阻值会随着GS电压的变化而变化，不是线性对应关系。  

 1.1Vgsth

 GS两端电压低于Vgsth时，DS两端电阻值接近于无穷， GS两端电压高于Vgsth时，DS两端电阻值接近于0。Vgsth也被称为临界电压，只有当DS两端电压大于这个值时，mos管才会打开。

1.2 Rdson

当mos管完全打开时，DS两端电阻值就是Rdson。Rdson越小越好，其所分担的电压越小，发热也低，但所对应的价格也越高一般对应的体积也越大。

1.3 Cgs 

Cgs指的是gs之间的寄生电容，所有的nmos都有， 制作工艺问题，无法被避免。

1.其会影响到mos管的打开速度，加载到G极的电压，会先给这个电容充电，导致G极电压会有一个爬升的过程。

2.Cgs一般与Rdson成反比关系。

2. NMOS和PMOS的区别

2.1 区别

对于pmos，G极给低电压时，灯泡才会被点亮。 

 问题一：为什么pmos在灯泡上面，nmos在灯泡下面？

 若nmos放在灯泡上面，当nmos被打开后，Rds的阻值接近于0，等效为右边的形式。此刻若还想维持灯泡点亮的状态，Vg必须大于Vs+Vgs，接近于10v,而G极供电最高只有5v，无法继续维持nmos的打开状态。所以nmos出现不稳定状态。

问题二：对于灯泡而言，放在上面和放在下面有什么本质区别？ 

 将灯泡换做芯片，

1.芯片的GND没有与其他芯片共地，会出现通信混乱的问题；

2.nmos管关闭的时候，芯片的VCC直接接+5V，电流会通过芯片引脚流出去，会让芯片进入一个未知的状态；

总结：

对于灯泡这种无源器件，使用nmos作为下管；对于芯片这种有源器件，使用pmos作为上管；既解决共地问题，又隔绝电源。

2.2 PMOS的等效模型 

Vs大于Vg的时候，pmos才被打开。

3. MOS和三极管的区别 

给基极通高电压，三极管导通，灯泡被打开

 mos管是电压控制的元器件；

三极管是电流控制的元器件；

 三极管BE之间等效成一个二极管，当B极高电压时，BE之间存在持续的电流，有电流三极管打开，没有电流，灯泡瞬间熄灭。

三极管打开的必要条件：BE之间存在必要的电流；

 只要维持GS两端的电压差，mos管就可以打开。因为寄生电容的存在，即使撤走G极的高电压，灯泡也会亮一会再熄灭，电容上的电荷被耗光。

mos管优点：1.静态电流小省电；2.导通阻抗小； 

mos管导通后，Rds的阻值非常小；三极管导通后CE等效为一个二极管；

二、二极管

1. 二极管

2. 稳压二极管

普通二极管，当施加反向电压时，流过的电流为0，表现出反向截止的特性；但当反向电压足够大时，二极管被击穿，永久损坏。

稳压二极管被反向击穿后，不管流过这个二极管的电流多大，其两端的电压都是6V。 

注意：

1. 这个R1电阻一定要存在，否则会导致电流过大而烧毁稳压二极管；

2.对于R2是取值有限制，阻值太小无法击穿稳压二极管；

缺点：

1.不适合大负载场景，发热严重；

2.缺乏反馈，输出不稳定；

三、IGBT 

mos管代替开关

 mos管不可替代，mos管不耐高压

 三极管耐高压，但也需要打电流；

通过单片机直接相连B极，单片机无法输出1A的电流，max=20ma；

1.需要一个额外的5V电源和一个电阻； 

2.输出的pwm和开关是反向的；

mos管喝三极管的组合就是IGBT 

 通过高速开关产生pwm

四、运算放大器

 1. 理论

通常A的值非常大，高达几十万

2. 当比较器使用（非线性区）

 3.放大区（非线性区）

为了使用到线性区，引入负反馈

 4. 虚断

本质：理想运放的输入无穷大；

in = ip = 0；

5. 虚短 

本质：当运放引入负反馈时，Un = Up；

6.放大区公式推导 

 五、推挽、开漏、上拉电阻

1. 推挽模式 

 2. 开漏模式

1.开漏：实现5v对3v的控制 

若使用推挽模式，上mos导通，EN接5v，会导致芯片烧毁；

 开漏模式常与上拉电阻搭配，当mos关闭时，输出处于高组态，此刻上拉电阻发挥作用；

2.开漏：实现 几个gpio对一个输入的控制

若使用推挽模式，下面这种情况会烧毁mos

使用开漏模式，任意一个mos打开，EN引脚都会被拉低到低电平；

只有2个mos都关闭时，EN被上拉电阻上拉到3.3v

3. 上拉电阻  

3.1 作用

作用：辅助浮空状态输出高电平；

R2的阻值非常大，因此流过R1的电流非常小；

 3.2 阻值如何取值

当mos打开时，会产生漏电流，是白白浪费掉的； 

因此希望阻值越大越好；

 低电平向高电平转换时，存在一个爬升过程，爬升的过程就是电阻R1给电容充电的过程；

电阻阻值越大，爬升过程越慢；

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