硬件設(shè)計(jì)電路分析|MOS管,三極管常用電路分析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-11-18
MOS管,三極管常用電路-概述
芯片的集成度雖然越來(lái)越高，但是整個(gè)電路功能的實(shí)現(xiàn)，還是離不開(kāi)分離器件的搭配，本文針對(duì)實(shí)際工作中的關(guān)于MOS管或者三極管的應(yīng)用做一些整理。
本文所介紹的功能，使用三極管也是可以的，但是實(shí)際應(yīng)用中，MOS管,三極管常用電路多使用MOS管，故本文多以MOS管進(jìn)行說(shuō)明。
NMOS開(kāi)關(guān)控制
如圖，通過(guò)NMOS的開(kāi)關(guān)作用，完成對(duì)LED的亮滅控制。此時(shí)MOS管工作于截止區(qū)和可變電阻區(qū)。
總結(jié)：對(duì)于NMOS，當(dāng)Vgs = Vg - Vs > 0 時(shí)，NMOS 導(dǎo)通；當(dāng) Vgs = Vg - Vs < 0 時(shí)，NMOS斷開(kāi)。
PMOS 電源控制
IO 控制
PMOS在整個(gè)電路系統(tǒng)中，其中某一部分的電路上電通過(guò)控制中可以方便用于通斷控制。上圖的電路中，使用時(shí)需要注意的一點(diǎn)是VCC_IN 與控制端的電平PWR_CON 要處于同一標(biāo)準(zhǔn)（eg：VCC_IN= 3.3V；PWR_CON 高電平 = 3.3V）。
總結(jié)：對(duì)于PMOS ，當(dāng)Vgs = Vg - Vs < 0 時(shí)，PMOS導(dǎo)通；當(dāng) Vgs = Vg - Vs > 0 時(shí)，PMOS斷開(kāi)。因?yàn)镸OS管的導(dǎo)通壓降是非常小的，所以在Rds之上的能量損耗是比較少的。
NMOS控制PMOS
進(jìn)一步地，上圖的電路可以擴(kuò)展為下圖，PMOS的柵極通過(guò)NMOS來(lái)控制。
拓展為此電路，針對(duì)VCC_IN 與PWR_CON 電壓就沒(méi)有強(qiáng)制的要求了。當(dāng)PWR_CON為高電平的時(shí)候，NMOS導(dǎo)通PMOS的柵極被拉低到低電平，PMOS導(dǎo)通VCC_OUT有電壓輸出；反之，當(dāng)PWR_CON為低電平時(shí)，NMOS關(guān)斷，從而使PMOS也斷開(kāi)，這樣就完成了VCC_IN輸出電壓到VCC_OUT的控制。
按鍵上電控制
上圖的電路，就可以完成所謂的按鍵開(kāi)機(jī)的功能。
（1）按下 K1 按鍵，PMOS的柵極被拉低，Vgs < 0，PMOS導(dǎo)通，VCC_OUT有電壓輸出；
（2）VCC_OUT有電壓輸出，按鍵按下時(shí)可完成對(duì)MCU的供電，然后軟件端通過(guò)MCU的GPIO進(jìn)而控制
NMOS的柵極，即PWR_CON 。先通過(guò)KEY_DET檢測(cè)到按鍵動(dòng)作，然后把PWR_CON設(shè)置為高電平，NMOS導(dǎo)通，使得PMOS也導(dǎo)通，這時(shí)候抬起按鍵，VCC_OUT一端也有電壓穩(wěn)定輸出，就實(shí)現(xiàn)了按鍵上電開(kāi)機(jī)的功能。此電路的二極管，功能是防止電壓反竄和 對(duì)MCU的GPIO的保護(hù)。
功能流程：
如果電路中需要實(shí)現(xiàn)邏輯非的功能，可以采用 MOS 管（三極管）加上電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，如下圖所示：
通過(guò)一個(gè)MOS管（三極管）加上兩個(gè)電阻，就可以實(shí)現(xiàn)非門的邏輯。
電池防反接功能
在大多數(shù)的電池防反接電路中，常選擇壓降小的二極管（如：肖特基二極管）來(lái)完成，但是針對(duì)如 3.7V 鋰電池的應(yīng)用場(chǎng)景，肖特基約為 0.2V 的壓降天然的造成了電池容量的浪費(fèi)，而MOS管導(dǎo)通的低壓降（Vds）就有很大的優(yōu)勢(shì)了。
如上圖所示，PMOS 在此處的作用就是防止 VBUS 存在時(shí)，LDO Vin 端的電壓反竄到電池上。
原理分析：
（1）當(dāng) USB VBUS 存在時(shí)，PMOS 的柵極電壓 Vg = 5V，源極電壓 Vs = 3.7V（假設(shè)此時(shí)的電池電壓為 3.7V），Vgs = 5 - 3.7 = 1.3V（大于0），此時(shí) PMOS 關(guān)斷，就起到了防止 Vin 端電壓反竄的作用；
（2）當(dāng) USB VBUS 不存在時(shí)，PMOS 的柵極通過(guò) 10K 的電阻下拉到 GND，因此柵極電壓 Vg =0V，源極電壓 Vs = 3.7V（假設(shè)此時(shí)的電池電壓為 3.7V），電池通過(guò) PMOS 自身的寄生二極管使得 Vs = 3.7V，所以 PMOS 的導(dǎo)通電壓 Vgs = 0 - 3.7 = -3.7V，PMOS 導(dǎo)通，這樣就完成了電池電壓到 Vin 端的輸入。
上圖的 LDO 電路，只要使能端LDO_CON 給一個(gè)開(kāi)啟信號(hào)，輸出端 V_3V3 就可以穩(wěn)定輸出 3.3V，C3、C4 為 LDO 的輸入輸出電容，一般大于 1uF（具體參考數(shù)據(jù)手冊(cè)取值）。
IO通信雙向切換
在一些設(shè)備中，如果兩個(gè)通過(guò)IO連接的器件，某一時(shí)刻，一個(gè)處于休眠，一個(gè)處于掉電，這時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致休眠的器件向掉電的器件灌入電流，為了完全杜絕此狀態(tài)下的電路竄入，可采取如下電路的設(shè)計(jì)（比如：I2C的SDA信號(hào)）
原理分析：
如上面兩個(gè)方向的表格分析，這樣通過(guò)NMOS就完成了一個(gè)IO雙向通信的控制。（只能選擇NMOS，不可選擇PMOS，原因可以自行分析一下）
3.3V與5V的電平轉(zhuǎn)換
（1）MOS實(shí)現(xiàn)：
在實(shí)際的應(yīng)用中，常會(huì)遇到通信的兩個(gè)芯片之間的電平不匹配的問(wèn)題，這時(shí)候就需要通過(guò)外部的電路來(lái)完成電平匹配的工作（如：MCU 的電平為3.3V，而外設(shè)的電平為5V）。
原理分析：
反之，也完成了對(duì)5V設(shè)備的數(shù)據(jù)的讀取。注：此電路用三極管也可以實(shí)現(xiàn)同樣的功能，如下圖：
（2） 兩級(jí)NPN實(shí)現(xiàn)：
如下圖所示，3.3V與5V之間的電平轉(zhuǎn)換，也可以通過(guò)兩級(jí)的NPN三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。
原理分析：
以上為一些常用的MOS管的實(shí)際應(yīng)用電路，部分已在實(shí)際中進(jìn)行了驗(yàn)證。
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