嵌入式硬件中MOSFET基本原理与实现
MOSFET 很显然是一个模拟器件，它是压控压型，而三极管我们是比较熟悉了属于流控流型是吧，我们如何学好 MOSFET 呢，就要对比三极管来学习。对于流控流型来说 是不是首先需要有电流啊，而有电流的前提是不是需要有完整的回路啊，那么有电流回路中有器件的阻抗就一定有损耗是吧，那电路中三极管越多损耗越大。怎么解决这个问题呢？是不是不能有电流啊？ 那么压控型的MOSFET 就应运而生了。
压控，显然是只要有电压，器件就导通是吧。那么有电压不一定需要有电流是吧，比如电容可以存储电压。那么 MOSFET 是不是有个 GS 电容啊，理论上讲只要这个GS 电容上有一定的电压后，那么这个DS 的内阻就很小了。不通的时候 DS 的内阻是无穷大，通的时候 DS 电阻是很小的，这样就代表通了。那么大家想想看，是不是保证 GS 电压，DS 就通了，这叫压控压型。
我们再看下三极管，三极管是不是分 N 型和 P 型啊，那 MOSFET 也同样分 N 和 P 型，实际上我们只要稍微总结一下大家就知道，电路的本质就是电流和电压以及斜率这三个概念。
电路中主要有电压和电流两个重要的参数是吧，而对应的无源器件来说，电容是不是对应电压啊，电感是不是对应电流啊，那么既然电感是对应电流的，是不是离开了电流就无意义啊，也即是需要电路的回路闭环是吧，不能开路。那么我们想想看，对于器件来说，三极管对应的是需要电流，流控流型。那么 MOSFET 对应的是电压，压控压型。
三极管可以工作在开关和放大状态是吧，同理 MOSFET 也可以工作在开关和放大状态，一般工作在饱和导通的时候，我们更多的当信号开关使用的是吧，也就是说可以当逻辑信号的高低来用。那么开关可以分为高低两种，开关可以放在地端，也可以放在电源端是吧。放在地端的是 N 管，放在电源端的是 P 管。这样的好处是损耗最低。（即饱和导通的时候 损耗是最低的）
我们先看下三极管的图，N 管饱和导通的条件是什么啊 ？Ib 电流毫安 E 极接地 C 端的偏置电压高于 B 的电压。
为什么 Ib 是毫安啊？实际上 500uA 就可以饱和导通了，但是我们说三级管的放大倍数是受温度影响的是吧，我们需要深度饱和，那么温度在零下到正几十度的时候三极管都是饱和导通的。第二，当三极管的 Ib 电流达到一定程度的时候 再大的话 是不是 Ic 电流不变了，因为 Ic 有个极限值是吧？如果这个时候Ib 再大的话是不是 BE 极的损耗就增加啊，这个三极管就会发热，如果你电路上有几十个三极管的时候 那电源是不是需要输出电流的能力就要大啊？所以我们既然是流控流型就要省着点花是吧，
为什么需要B 极的电压低于C 极的偏置电压啊？把万用表调到二极管档位用红表头搭在 B 极，将黑表头搭在 E 极，那么 是不是显示 0.7V 啊。然后红表头不变，黑表头放在 C 极 显示依旧是 0.7V。也就是说 BC 之间实际上也是一个等效的二极管。那么我们是不希望 BC 的二极管导通是吧。那电压是不是需要反偏啊？所以 C 极接的电源电压需要高于 B 极接的信号电压，这叫反偏。
看这个图，B 极是是不是 3.3V 的偏值啊？C 极是不是接的 12V 的偏执啊，那么，实际上在电路设计中，一般是不用考虑这个反偏的。因为绝大多数条件下是满足的，N 管做开关的最大好处是什么啊？是不是 B 极控制极的电压只要大于0.7V 就可以啊？因为 E 极接地了。那也就是说 N 管对控制信号的幅值是只要大于 0.7V 就可以了是吧。那么我们看下，我们板子上的一般的电源电压是多少伏啊，3.3 5 12 15 24v，基本就这些了是吧，那有低于 0.7V 的吗？那是不是所有的电源都满足开通N 管的幅值要求啊？那也就是说N 管对控制极的信号的幅值是没有要求的是吧。所以啊 我们在电路设计的时候 如果需要做开关用的话 输入信号的幅值很低的时候 可以考虑 N 管是吧。当然需要大于 0.7V 是吧， 而这个 0.7V 就是开通阈值是吧。
我们设计电路的原则是：这个地方需要什么器件，我们才用什么器件，而不是我先放一个上去再分析，这个是错误的！电路设计放任何一个器件都是有原则的，而不是想当然的。
我们来看下这个图，我们说 C 点的电压是 0.3V 是吧，C 极接的 12V 是远远高于 B 极的是吧，那么上拉电阻是 10K 是吧，Rce 也是有等效内阻的是吧，我们说这个 Rce 的等效内阻是远远小于 10K 的，以后我们为了设计的方便，大家先默认这个 Rce 内阻是 100 欧好吧。（首先我申明一下 Rce 的等效内阻是 100 欧是不准确不严谨的说法），但是为了我们设计电路的简便，我们先这样记住好吧，后面带来的全是方便。
我们来看下 C 点的电压是不是上拉电阻 R3 和 Rce 的分压啊？由于 Rce 的内阻是 100 欧是远远小于 10K 的是吧，那么低内阻的钳位高内阻的，C 点的电压被钳位在 0.3V，分析电路的一个最重要的方法就是内阻分析法。
我们看这个图，Rce 是不是低内阻的啊，R3 是不是高内阻的啊。那么 C 点就会被钳位，由于三极管的特性决定 C 点就是被钳位在 0.3V。
我们现在先延展一下，谈下内阻分析法好吧。
我们看下这个个图，A 点电压是多少啊？A 点往电源看内阻多大？10K，往地看 内阻多大？10k，电源内部的内阻相对于交流信号而言是不是内阻是 0 啊，A 点往源和地看的内阻是 10K 是吧？
A点是一个节点是吧，输出的是一个6V的直流电是吧。
我们看这个图，A 点往左边我们可以用个黑框抱起来吗？我们是不是可以说 A 点输出是一个 6V 的电源啊，只不过这个电源是有内阻的是吧，对地内阻是 10K 对源的内阻是 10K 是吧。那么我们是不是需要研究下这个 6V 的源对外输出负载的能力是吧。
看下这个图，可以带 1M 电阻，此时 A 点的电压是多少？是不是还是 6V 啊。
实际上输出的负载电阻是不是接的地啊，既然负载是接地的，那是不是跟内部的对地电阻并联的关系啊。对地的内阻是 6K，负载是 1M。那么那个电阻大哪个电阻小啊？不在一个量级啊，那是不是小内阻的钳位大内阻的啊。这个前提是两个内阻是不能在一个量级上的是吧。这个就好比，你手上有 10 万元，然后花
掉了 1 元，你实际上还是 10 万元户是吧。
看这个图，A 点的电压是多少啊？这两个对地的并联电阻是不是在一个量级上了，那就不能钳位了是吧，钳位的前提是低内阻钳位高内阻的电压，而且两个内阻不在一个量级上。（先计算 R2 和 R3 的并联阻值，再跟 R1 的 10K 电阻串联， 然后乘以 12V）。
那么三极管是具有 PN 结的，有着特殊性。
所以 C 点的电压是钳位在 0.3V 了，那么刚才有人提问了说是并联钳位了是吧，我们这个图 是不是 C 极往后没有接负载啊，没有接负载是不是可以等效接了一个无穷大的内阻啊？
那么是不是Rce 具有钳位大内阻的作用啊？好了刚才我们说C 极的上拉是接的 10K 是吧。
我们看这个图，那么上拉电阻是不是 100R 啊，而我们的 Rce 也是等效 100R 是吧，我们不考虑三极管的安全电流和发热 那么 C 点的电压是多少啊？那就是 6V 了，这里已经在一个量级了。
我们继续看这个图，刚才是从内阻法来看的，低内阻钳位高内阻是吧。现在我们再从电流角度来看。
我们看图，左边是电流回路是吧，左边这条回路电流是多大啊？
右边的红色电流是多少啊？右边的这条电流是不是很微弱啊，跟左边的这条电流远远不在一个量级上是吧，也就是说左边的电流分出去的电流是可以忽略的是吧，那左边的电流几乎不变，电阻不变，分压的A点电压也是不变的是吧。从电流角度来看，只要分出去的电流跟主回路电流不在一个量级，那就等效电压不变是吧。那么我们为了后面设计电路的简单方便，我们就先总结一点好吧。
|
这个图分出去的电流是不能忽略的是吧，所以电流在一个量级，那么我们总结;当电阻的阻值相差至少在 10 倍以上，或者电流相差 10 倍以上，我们就说，可以实现钳位了。有人说 10 倍太小了，还是有差异的，那个我们叫做误差，为了设计的方便，我们认为偏差是不大的。把内阻法讲过了，我们先回到前面我们的主题中来好吧。那么 N 型三极管，就会对应 N 电压型 MOSFET 是吧？P 三极管，就会对应 P 型 MOSFET 是吧？那么根据对三极管的理解，N 型 MOSFET 作为开关用的话是不是放在地短啊，P 型 MOSFET 作为开关用的话是不是放在电源端啊。这样都是工作在饱和状态为主是吧。三级管 P 管作为开关用的话怎么接啊？是不是 E 极接源啊，C 极输出是吧， 同理 N 型 MOSFET 作为开关用的话是不是跟 N 型三极管一样啊。
三级管是 B C E 是吧 对应 MOSFET 的 G D S 是吧。
大家对比左右两个图来看下，是不是电路上是相似的啊，对于 MOSFET 来说S 需要接地，我们看下 P 管好吧。
那 P 型 MOSFET 应该怎么接呢？作为开关用的话，对的 S 接源 然后后面的我们后面讨论，那么三级管作为放大状态用的话大家也是知道的吧？比如 E 极输出啊，推挽电路大家是知道的是吧？我们先看 E 极输出的好吧。
我们来看这个图好吧，这个图不管是 P 管还是 N 管都是 E 极输出的是吧，我们先看 N 管，E 极是不是跟随 B 极啊，N 管 E 极输出那 C 极是不是接源啊？再来看 P 管是不是 C 极接地啊，这里跟饱和接法是不是有区别啊？饱和接法不管是 N 还是 P，C 极是不可能接源或者地的是吧？饱和接法，一般 C 极都是接有阻抗的是吧。而我们这里的 C 接的是源或者地是吧，我们说一个理想的电压源，内阻是不是为 0 啊？既然内阻为零，那是不是指源的内阻为零啊，那是不是指低阻抗啊。那上图的接法 C 点接的是低阻抗的地方是吧。
对于电源来说内部是从地回到源的，而电源的内阻为 0，那地端的内阻也是0。内阻为零代表什么啊？是不是代表内部是等效短路的的啊？既然是等效短路， 那接源和接地是不是内阻一样的啊都很低啊？（这里只是等效短路，不是真正短路），关于理想电压源的内阻为零，这个大家不明白的需要先记住了。
这个回路是外部的电路的回路是吧？那我来画一个完整的回路给大家看下， 我们说所有的电压源的输出端都有电容是吧。那我为了简单就用电容来表示电压源好吧。
大家看下这个图，内部是由负到正，外部是又正到负。那么我们看红线的箭头，由正端往外的箭头，说明此时在放电。如果箭头是指向正端的，那么此时电源在充电。有人不理解电容为什么可以当着源是吧？只要能够储存电荷的器件都可以作为电压源是吧？
这个是电容是吧，电容为什么能够储存电啊？中间的薄膜很薄是吧？那正端放正电荷，负端放负电荷是不是相吸啊？这是电场力吸合了，那电子跑不掉了， 当然是在储存电荷了。
但是我们外部接了电阻后回路有了。那正电荷是不是需要通过电阻跑到负电荷处啊？那么 内部电场的中和是吧？那电容是不是本身就是一个源啊，你外部流多少电荷数是不是都会瞬间中和啊，那是不是没有阻抗啊，理想电压源的内阻是 0 啊。负电荷跑到正电荷处，电流还是被定义为从正极到负极的。
问：这是不是相当于电源短路？
答：内部是相当于短路的，外部是有 2K，那整个回路就是内部的 0，加上外部的 2K，总共是 2K 的阻抗。
如果内部不是 0 是 2K 那加上外部的 2K 后是多少啊?是不是 4K 啊。
但是大家计算这个左边两个串联电阻的时候 是怎么计算的啊？是不是12V 除以 20K 来计算的电流啊？那大家用 20K 计算为什么没有加上电源内部的内阻啊？你用20K 计算的话是不是假设的电源的内阻为0 的啊？那你们既然计算的时候加的是 0 那是不是你们已经默认电源的内阻为 0 了啊。然后你们默认是 0 了，还来问我：老师，为什么电源的内阻为 0，这我怎么回答啊。