MOS管，三极管应用实例

 MOS做开关使用

     如图是NMOS做开关使用实现逻辑变换，同时MOS做开关还起到了电源隔离的作用，三个不同的电源之间互不干扰。

     该NMOS型号是7002，查询手册的电气参数，如下：

  由图可知MOS的开启电压典型值是1.6V，实际应用中一般会略高于该值。

   电路的功能：三个二极管是线与的关系，有一个是低电平，二极管就会导通，左侧mos的栅极就是低电平，mos截止，右侧mos的栅极被上拉至高电平，mos导通，输出信号是低电平。反之，当输入是高电平的时候，输出也是高电平。

   三个电阻取值，1k~10k，电阻越大，驱动能力就比较弱，容易受到干扰，也是需要一定的电流。

常见问题：MOS做开关使用的时候工作在哪个区

   1区域：截止区，栅源之间的电压没有达到开启电压，管子截止，虽然漏源之间承受电压，但仅有微弱的漏电流通过管子。

该区域条件：VGS < VGS(th)

该区域特点：IG 0，ID0，相当于 MOS 管三个电极断开。

   2区域：不饱和区，又称可变电阻区。MOS的非饱和区相当于三极管的饱和区。在该区域，漏源之间的电压不大，能通过较大的电流，这样由导通电阻引起的损耗就比较小，mos的开通是工作在该区域的。

该区域条件：VGS > VGS(th) ，VDS < VGS – VGS(th)

该区域特点：ID 同时受 VGS 与 VDS 的控制。

   3区域：饱和区，又称恒流区，漏源之间电压增加，电流基本不变，用作放大使用的时候可以工作在该区域，做开关使用工作在此区域损耗非常大。由与压降很大，高低电平转换的时候不能够准确地识别，所以做开关使用的时候不会工作在该区域。

该区域条件：VGS > VGS(th)，VDS > VGS – VGS(th)

该区域特点：ID 只受 VGS 控制，而与 VDS 近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。

除了上述三个区域之外，还有一个击穿区

VDS 增大到一定值时，漏衬 PN 结雪崩击穿 ，ID 剧增。

VDS增大，沟道宽度减小， 对于沟道较小的 MOS 管穿通击穿

   综上，mos管做开关使用的时候，工作在截止区和非饱和区。当用作信号切换的mos管时，UG比US大3V-5V就比较好，比如常用的：2N7002,2N7002E,2N7002K等。

三极管做开关使用

电路功能：当输入3.3V时，三极管导通，输出被下拉到地，是低电平，反之输出高电平。图中电路是三极管常用的电路，下面一起了解一下各个元器件的作用。

R1：限制基极电流的大小。

R3：上拉电阻，实现输出高电平信号。

R2的作用，芯片原厂给出的解释如下：

提供一个初始状态；

给漏电流提供旁路，增加可靠性。

  三极管寄生电容等效电路图

    总结来说，R2下拉，确定状态；因为有寄生电容的存在，寄生电容通过PN结放电时候，会产生的集电极电流，这股电流可以持续一段时间。而b极的电阻提供了另外一个放电通路，但同时也会增加高电平时的输入功耗。

不同参数对电路的影响

  对于R1，R2的大小会对电路产生什么影响，我们看一下数据手册提供的数据：

  由数据可以看出，R1，R2的取值不同将会影响三极管的开关时间

   三极管的基极电流给出，集电极电流上升至稳定值的10%所需要的时间成为延迟时间td，而集电极电流从10%上升至90%的时间称为上升时间tr，通常把延迟时间与上升时间的和称为开通时间。

   当基极电流撤去的时候，由于寄生电容的存在，集电极的电流会持续一段时间称为tstg，我们希望该时间越短越好。

   综上，对于R1，R2的大小可以选择，R1大一些，R2小一些可以提高关断速度。如果应用的电路开关速度低，可以不需要R2，开关速度高需要R2进行泄放电荷，增强关断速度，来保证电路的可靠性。

三极管的参数选取

   三极管做开关使用的时候是工作在截止区和饱和区的，为了让三极管工作在饱和区需要对R1，R2，R3的阻值进行合适的选取。

   当集电极电流IC小于hFE*IB的时候，即不再满足线性关系，三极管已经不是在放大状态，而是进入饱和状态了。

  可以针对选取的电阻值来判断三极管是否进入饱和区，

   如图当选取R1的阻值是1k，R2是10k的时候，该型号的三极管的放大倍数是35，计算如上，通过R2的电流我们按0.1毫安进行估算。计算出来的值大于供电电压5V,这显然是不可能的，因此可以判定三极管是工作在饱和区的。

另外一种方法是确定R3的阻值，进而判断R1的电阻值是否在饱和区的取值范围内。

Mos做电源开关

   在高频的电源电路中，MOS通常起到高频开关的作用，对于选型，我们在MOS管选型参数，注意事项-CSDN博客一起进行了学习，不再进行赘述。

   但是也有需要注意的地方：

   在实际使用的时候，MOS管的正确接法，对于NMOS，D极接输入，S极接输出。

   接法如图所示，对于PMOS来说，S极接输入，D极接输出

    另外，对于电压控制开关的MOS管，UG应该比US大于10V以上，这样通流能力强的同时，漏源之间的电压不会太高，减小损耗，而且开通的时候必须工作在非饱和导通状态。

另外关于MOS管在I2C中也有应用

     我们应该知道I2C是开漏输出，所以电平转换的两端都是有上拉电阻Rp的，还应该知道的是，当从机向主机发送低电平信号的时候，MOS管体二极管发挥了作用。