Ei,不知道你们有没有发现NMOS管像极了水龙头。
如果没有,那不妨跟着一起想象一下。水龙头的基本结构包括:进水口,出水口以及阀门;我们需要用一定的力气旋转水龙头的阀门,控制水龙头的通断以及水量大小。
这与MNOS管的结构是不是有异曲同工之妙,NMOS管的漏极d相当于进水口,源极s相当于出水口,栅极g相当于阀门;我们需要一定的力气才能打开阀门,相当于NMOS管的开启电压;出水量的最大值与管道的直径和进水口端的水压有关,当阀门开到最大时,水量便固定了,是不是很像饱和区的状态!!!
1、NMOS管结构及其开关特性
1.结构
N沟道增强型MOSFET的结构、简图和符号分别如图a、b和c所示。
2.工作原理
NMOS管有三种工作状态,分别为:截止区、可变电阻区以及饱和区(又称恒流区)。
如何判断NMOS管的工作状态如下表。
正常工作时,栅极g输入端基本没有电流,漏极d电流一定等于源极s电流,且通过GS电压控制漏极电流,因此被称为电压控制器件。
3.开关特性
首先我们要明白什么是开关电路。二值数字逻辑中的“0”和“1”,对应数字电路中“闭合”和“断开”两种状态。当开关S断开时,输出电压Vo = Vdd,输出逻辑1,如图a。反之,当开关S接通时,输出电压Vo = 0,输出逻辑0,如图b。
现在用NMOS管代替开关S构成的电路既MOS管开关电路。
当Vi<Vth时,MOS管处于截止状态,输出电压Vo = Vdd,此时器件不消耗功率。
当Vi>Vth,并且足够大时,使得MOS管工作在可变电阻区。d、s之间的导通电阻Ron很小,使得Rd远远大于Ron,电路输出为低电平。
2、NMOS管在数字电路中的应用
说了那么多,如何应用才是重点(本文不包含模拟电路中的具体应用)
其实无非就是两个方面:信号切换,电压通断
1.电平转换
当两个系统电平不一致,但还需要两个系统间通信,这时就用到了电平转换。
下图为双向电平转换电路。
为了方便讲述,定义3.3V为A端,5.0V为B端;低电平为0V,高电平A端为3.3V,B端为5V。
A端输出低电平时,MOS管导通,B端输出是低电平;
A端输出高电平时,MOS管截止,B端输出是高电平;
A端输出高阻时 ,MOS管截止,B端输出是高电平。
B端输出低电平时,MOS管内的二极管导通,从而使MOS管导通,A端输出是低电平;
B端输出高电平时,MOS管截止,A端输出是高电平;
B端输出高阻时,MOS管截止,A端输出是高电平。
2.开关管
用MOS管(此处仅列NMOS管情况)控制电源的通断。
下图为LTC4211的datasheet中给出的参考电路,Q1作为电子开关,控制此电路中输出电压。(Q1为Power MOSFET,MOS管的一种)
3.缓启动电路
当有大电容负载时(比如电解电容和大功率设备电源),需要对电源作缓启动设计,否则会有很大的浪涌电流,电源电压跌落导致系统复位,反复重启等严重缺陷。
注:MOS管缓启动其实是利用米勒平台达到缓冲效果。
下图为缓启动电路
以上是最近在项目中遇到的NMOS管电路应用,当然NMOS管还有很多应用,以后遇到再做总结。
内容转载自 大刘攻城狮