MOS管的電路分析和應用案例

本文你可以獲得什么？

1. 實際工程應用中常用的MOS管電路（以筆記本主板經(jīng)典電路為例）；
2. 學到實際系統(tǒng)中用到的開關(guān)電路模塊以及MOS管非常重要的隔離電路（結(jié)合IIC的數(shù)據(jù)手冊和筆記本主板應用電路）；
3. MOS管寄生體二極管，極性判斷？

MOS管是很常見的電路元器件，主要有以下常見應用：

放大器：MOS管可以用作放大器，通過調(diào)節(jié)柵極電壓來控制電流增益。這在放大音頻信號、射頻信號等方面非常有用。

開關(guān)：MOS管可以用作開關(guān)，通過調(diào)節(jié)柵極電壓來控制通斷狀態(tài)。這在數(shù)字電路、電源管理、電機驅(qū)動等方面非常常見。

模擬開關(guān)：MOS管可以用作模擬開關(guān)，通過調(diào)節(jié)柵極電壓來控制通斷狀態(tài)，實現(xiàn)模擬信號的開關(guān)和選擇。

數(shù)字邏輯：MOS管在數(shù)字電路中廣泛應用，例如作為邏輯門、存儲器單元等。

電源管理：MOS管可以用于電源管理電路中的電源開關(guān)、電源選擇、電源調(diào)節(jié)等。

DC-DC轉(zhuǎn)換器：MOS管在DC-DC轉(zhuǎn)換器中用于能量轉(zhuǎn)換和電壓調(diào)節(jié)。

下面將常用的電路，進行電路分析和實際應用案例講解：

1. MOS管開關(guān)電路

學習過模擬電路的人都知道三極管是流控流器件，也就是由基極電流控制集電極與發(fā)射極之間的電流；而MOS管是壓控流器件，也就是由柵極上所加的電壓控制漏極與源極之間電流。

MOSFET管是FET的一種，可以被制造為增強型或者耗盡型，P溝道或N溝道共四種類型，但實際應用的只有增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管。實際應用中，NMOS居多。

圖1 左邊是N溝道的MOS管，右邊是P溝道的MOS管

寄生二極管的方向如何判斷呢？它的判斷規(guī)則就是對于N溝道，由S極指向D極；對于P溝道，由D極指向S極。

如何分辨三個極？

D極單獨位于一邊，而G極是第4PIN。剩下的3個腳則是S極。

它們的位置是相對固定的，記住這一點很有用。

請注意：不論NMOS管還是PMOS管，上述PIN腳的確定方法都是一樣的。

MOS管導通特性

導通的意思是作為開關(guān)，相當于開關(guān)閉合。

NMOS的特性：Vgs大于某一值管子就會導通，適合用于源極接地時的情況（低端驅(qū)動），只要柵極電壓達到4V就可以了。

PMOS的特性：Vgs小于某一值管子就會導通，適合用于源極接VCC時的情況（高端驅(qū)動）。

下圖是MOS管開關(guān)電路，輸入電壓是Ui，輸出電壓是Uo。

當Ui較小時，MOS管是截止的， Uo＝Uoh＝Vdd；

當Ui較大時，MOS管是導通的， Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd，由于Ron< ，所以輸出為低電平，即Uo＝0。

應用實例：

以下是某筆記本主板的電路原理圖分析，在此mos管是開關(guān)作用:

PQ27控制腳為低電平，PQ27截止，而右側(cè)的mos管導通，所以輸出拉低；

電路原理分析：

PQ27控制腳為高電平，PQ27導通，所以其漏極為低電平，右側(cè)的mos管處于截止狀態(tài)，所以輸出為高電平。

整體看來，兩個管子的搭配作用就是高低電平的切換，這個電路來自于筆記本主板的電路，但是這個電路模塊也更常見于復雜電路的上電時序控制模塊，GPIO的操作模塊等等應用中。

2. MOS管的隔離作用

MOS管實現(xiàn)電壓隔離的作用是另外一個非常重要且常見的功能，隔離的重要性在于：擔心前一極的電流漏到后面的電路中，對電路系統(tǒng)的上電時序，處理器或邏輯器件的工作造成誤判，最終導致系統(tǒng)無法正常工作。因此，實際的電路系統(tǒng)中，隔離的作用非常重要。

比如，上下兩個圖就是通過源極的高低電平來控制MOS管的通斷，來實現(xiàn)信號電平的隔離，因為MOS管有體二極管，并且是反向的，所以并不會有信號通過MOS管漏過去。這是一個非常經(jīng)典的電路，并且可以通過搭配衍生出很多實用的電路。

比如，下面這個IIC總線中電平轉(zhuǎn)換電路，其實跟上面的電路存在極大的相似性。

電路分析：

SDA1為高電平(3V3)時，TR1截止，SDA2輸出為高電平（5V）；

SDA1為低電平(0V)時，TR1導通，SDA2輸出為低電平。

總結(jié)：

在筆記本主板上用到的NMOS可簡單分作兩大類：

信號切換用MOS管：Ug比Us大3V---5V即可，實際上只要導通即可，不必須飽和導通。比如常見的：2N7002，2N7002E，2N7002K，2N7002D，F(xiàn)DV301N。

電壓通斷用MOS管：Ug比Us應大于10V以上，而且開通時必須工作在飽和導通狀態(tài)。常見的有：AOL1448，AOL1428A，AON7406，AON7702， MDV1660，AON6428L，AON6718L

上面的電路是一個很好用的電路，好在哪？其實可以不用R73和C566, 但一般都會加上，有什么樣的優(yōu)點，值得思考（歡迎分析）！

MOS管應用總結(jié)：

MOS管一般有以下使用電路功能

作為電子開關(guān)：MOS管可以用作控制電源通斷的電子開關(guān)，一般正極用PMOS管，負極用NMOS管控制。

緩啟動：在有大電容負載時，需要對電源作緩啟動設計，防止浪涌電流過大導致電源電壓跌落和系統(tǒng)復位等嚴重缺陷。

防反接：在電源接口設計時，需要考慮反接的問題，避免電路燒壞造成損失。PMOS管常用在正極，NMOS管常用在負極。

邏輯轉(zhuǎn)換：MOS管可以實現(xiàn)電平邏輯高低轉(zhuǎn)換。