一、開關和放大器
MOS管最常見的電路可能就是開關和放大器。
1. 開關電路
G極作為普通開關控制MOS管。
2. 放大電路
讓MOS管工作在放大區,具體仿真結果可在上節文章看到。
二、時序電路中作為反相器使用
如果芯片1、芯片2有時序要求,在芯片1正常工作后,使能芯片2。可以看到芯片2的使能端初始連接VCC為高電平,當芯片1輸出高電平后,(關注公眾號:硬件筆記本)MOS管導通,芯片2的使能端被拉低為低電平,芯片2開始正常工作。
這時MOS管起到的就是反相的作用。
三、雙向電平轉換電路
1. 原理圖
下面是一個3.3V-5V信號通訊中電平轉換電路。
2. 工作狀態分析
假設:左邊接芯片信號 3.3V,右側芯片信號5V。
電路中接入2個NMOS管。
這里要注意的是,I2C輸出狀態有低電平、高阻兩種狀態。
(1)分析SDA,信號從左向右
當SDA低電平, D1 的 GS 壓差73.3V可以導通,VGA_SDA也是低電平 。
當SDA高阻抗狀態,D1的S引腳有R2上拉到3.3V,MOS管GS截止。由于VGA_SDA由R5上拉到5伏,這時VGA_SDA就是5V。
(2)分析SDA,信號從右向左
當VGA_SDA低電平,由于D1中有體二極管的存在,S初始被R2上拉,當D極是0的時候,S極會被鉗在導通電壓約0.2V左右,(關注公眾號:硬件筆記本)最終I2C_SDA為低電平;
當VGA_SDA高電平,D1的D極高電平 ,而S被R2上拉,這時MOS管不會導通,所以I2C_SDA輸出高電平。
SCL信號類似原理。
四、線或功能
原理圖
2. 工作狀態分析
上面電路實現的效果是:
其它情況下,LED都會點亮。
MOS管在這里實現的仍是開關的功能,但是避免IC1和IC2的端口直接相連造成信息干擾,同時芯片控制端電壓比較低,可以驅動較大的負載。
由于IC1和IC2任何一個輸出高電平時,都會導通一個MOS管,從而讓LED可以點亮。
五、開關電路
常見的簡單電源切換電路如圖1所示,但這個電路應用條件是有限制和缺陷的,比如電池電壓VBAT不能大于外部電壓VIN,常見的電池電壓為3.7~4.2V,外部電壓為USB的5V時沒有問題,但是電池電壓為7.2V就不能使用了;(關注公眾號:硬件筆記本)肖特基二極管的壓降雖然已經較小,但是依舊有零點幾伏左右,損失的功耗較多,5V外部電壓進來就只變成4V多了;外部電壓供電時,會通過P型MOS管的體二極管給電池進行非正規充電,當然這點可以通過將Q4 MOS管左右翻轉一下解決。
圖1
為了解決上述這些缺陷,項目中有時會使用較為復雜的改進電路,如圖2所示。其工作原理簡介如下:使用外部電源VIN時,三極管Q7導通,三極管Q6截止,P型MOSFET Q3由于柵極和源極通過電阻R4都接了電池電壓VBAT,兩者相等,Q3截止,電池電壓VBAT無法達到輸出端VCC;外部電源VIN接通時,VIN首先通過Q1 MOSFET的寄生二極管到達輸出端VCC,同時Q2三極管導通,使Q1 MOSFET的柵極拉低到GND為低電平,所以Q1的柵源極電壓小于0且達到導通閾值電平,Q1導通,然后Q1體內的寄生二極管就截止了,(關注公眾號:硬件筆記本)外部電源VIN通過Q1達到輸出端VCC。此時,Q5 MOSFET的柵源極電壓接近相等,Q5和體二極管均截止,防止了外部電源VIN對電池的非正規充電。
當沒有外部電源VIN時,三極管Q7截止,三極管Q6導通,Q3 MOSFET的柵極電壓為低電平,柵源電壓小于0且達到導通閾值電平,Q3導通,然后通過Q5的寄生二極管達到輸出端VCC,而Q5的柵極此時為低電平,因此柵源電壓也小于0,Q5導通,其寄生二極管截止,電池電壓到達輸出端VCC。
圖2
由于電源主通路使用了三個MOSFET,MOSFET在完全導通后其壓降遠遠小于肖特基二極管(只有零點零幾伏),因此其導通損耗很低;而三個三極管雖然額外增加了一些功率損耗,但是由于三極管工作在完全飽和狀態,在飽和導通壓降一定的條件下,導通電流可以通過電阻值設置的相對較小,因此功耗也不會太高。同時該電路無論電池電壓是否大于外部電源,都可以使用,通用性相對較為廣泛。
審核編輯:湯梓紅
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