原创 硬件工程师必会电路模块之MOS管应用

2017-6-4 16:45 5017 22 5 分类: 模拟

**本文你可以获得什么?



  1. 实际工程应用中常用的MOS管电路(以笔记本主板经典电路为例);

  2. 学到实际系统中用到的开关电路模块以及MOS管非常重要的隔离电路(结合IIC的数据手册和笔记本主板应用电路);

  3. MOS管寄生体二极管,极性判断?**


1. MOS管开关电路

学习过模拟电路的人都知道三极管是流控流器件,也就是由基极电流控制集电极与发射极之间的电流;而MOS管是压控流器件,也就是由栅极上所加的电压控制漏极与源极之间电流。

MOSFET管是FET的一种,可以被制造为增强型或者耗尽型,P沟道或N沟道共四种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道MOS管和增强型的P沟道MOS管。实际应用中,NMOS居多。

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图1 左边是N沟道的MOS管,右边是P沟道的MOS管

寄生二极管的方向如何判断呢?它的判断规则就是对于N沟道,由S极指向D极;对于P沟道,由D极指向S极。

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如何分辨三个极?

D极单独位于一边,而G极是第4PIN。剩下的3个脚则是S极。

它们的位置是相对固定的,记住这一点很有用。

请注意:不论NMOS管还是PMOS管,上述PIN脚的确定方法都是一样的。

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MOS管导通特性

导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。

NMOS的特性:Vgs大于某一值管子就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V就可以了。

PMOS的特性:Vgs小于某一值管子就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。


下图是MOS管开关电路,输入电压是Ui,输出电压是Uo。

当Ui较小时,MOS管是截止的, Uo=Uoh=Vdd;

当Ui较大时,MOS管是导通的, Uo =Ron/(Ron+Rd)*Vdd,由于Ron<<Rd,所以输出为低电平,即Uo=0。

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应用实例:

以下是某笔记本主板的电路原理图分析,在此mos管是开关作用:

PQ27控制脚为低电平,PQ27截止,而右侧的mos管导通,所以输出拉低;

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电路原理分析:

PQ27控制脚为高电平,PQ27导通,所以其漏极为低电平,右侧的mos管处于截止状态,所以输出为高电平。

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整体看来,两个管子的搭配作用就是高低电平的切换,这个电路来自于笔记本主板的电路,但是这个电路模块也更常见于复杂电路的上电时序控制模块,GPIO的操作模块等等应用中。


2. MOS管的隔离作用

MOS管实现电压隔离的作用是另外一个非常重要且常见的功能,隔离的重要性在于:担心前一极的电流漏到后面的电路中,对电路系统的上电时序,处理器或逻辑器件的工作造成误判,最终导致系统无法正常工作。因此,实际的电路系统中,隔离的作用非常重要。

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比如,上下两个图就是通过源极的高低电平来控制MOS管的通断,来实现信号电平的隔离,因为MOS管有体二极管,并且是反向的,所以并不会有信号通过MOS管漏过去。这是一个非常经典的电路,并且可以通过搭配衍生出很多实用的电路。

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比如,下面这个IIC总线中电平转换电路,其实跟上面的电路存在极大的相似性。

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电路分析:

SDA1为高电平(3V3)时,TR1截止,SDA2输出为高电平(5V);

SDA1为低电平(0V)时,TR1导通,SDA2输出为低电平。


总结:

在笔记本主板上用到的NMOS可简单分作两大类:

信号切换用MOS管: Ug比Us大3V---5V即可,实际上只要导通即可,不必须饱和导通。比如常见的:2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。

电压通断用MOS管: Ug比Us应大于10V以上,而且开通时必须工作在饱和导通状态。常见的有:AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702, MDV1660,AON6428L,AON6718L

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上面的电路是一个很好用的电路,好在哪?其实可以不用R73和C566, 但一般都会加上,有什么样的优点,值得思考(欢迎分析)!


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