盘点场效应管在电路中应用

infinigo

; Q- _  q$ _' J6 K  h* j- e

场效应管MOSFET 通常被认为是一种晶体管，并用于模拟和数字电路。MOS管基础请移步:MOS场效应管基本知识。

下文介绍场效应管MOSFET的应用。

一、场效应管MOSFET用作开关

MOSFET很容易饱和，这就意味着说，MOSFET完全打开，且非常可靠，可以在饱和区域之间进行非常快速的切换，这就意味着MOSFET可以用作开关，尤其是适用于电机、灯等大功率应用。

在实际应用中，可以使用与大功率设备相同的电源来操作MOSFET，使用机械开关施加栅极电压。如下图所示，使用的是N沟道MOSFET。

或者也可以使用电子信号，例如微控制器激活MOSFET。

N沟道MOSFET

4 |3 n% G& A6 R9 j7 K1 O3 Q
6 h+ v0 q6 x7 K9 P

如上，N沟道MOSFET开关电路图。

当按下按钮时，LED亮起。1kΩ 电阻充当下拉电阻，将栅极电压保持在与电池负极端子相同的电位，直到按下按钮。这会在栅极施加正电压，打开漏极和源极引脚之间的通道，并允许电流流过 LED。

P沟道MOSFET

2 S, g/ X: e' Y8 }/ I

如上，P沟道MOSFET开关电路图。

二、场效应管MOSFET用作电机驱动电路

N沟道MOSFET

如下图所示，两个二极管反向偏置放置在电机触点和MOSFET漏极/源极引脚上。

2 D, u( ]! S4 _( ?9 J
6 k9 Y* g- z) k

如上，N 沟道 MOSFET 电机驱动电路。

P沟道MOSFET

' ~# F4 f, q0 `0 y
7 N. ?9 u& D/ t6 K% L2 x# @

如上，P沟道MOSFET电机驱动电路。

双向运行控制器

如果想要一个可以双向运行的电机控制器，就把上面两个电路结合起来，如下图所示。

$ n. S6 W- }. f6 x

如上，双向电机驱动电路图。

三、场效应管MOSFET应用在逻辑门电路中

在这之前，先简单介绍一下逻辑门。

双输入与门（AND）

双输入与门（AND）是最容易理解的逻辑。如下图所示。

  V% B6 B2 t, k$ l- y

只有两个输入都为高时，与门（AND）的输出才会为高。如果任一输入为低电平，则输出也为低电平。

下图为与门逻辑真值表图。

* G6 U" R1 Z+ Q+ \% K/ `- g- }

与非门（NAND）

下图为与非门（NAND）的真值表。

  f& o) t; u+ g  L+ z# R" z

逻辑门中的MOSFET

由于MOSFET很容易在低电压和几乎可以忽略不计的电流下饱和（完全导通），就可以用它构建上面的逻辑门，进而构建及其可靠的数字逻辑系统来处理数据。

非门（NOT）

如下图所示，PB1 将两个 MOSFET 栅极连接到 +6V，但只有 ZVN 会以正电压打开。但是，当它打开时，它将输出连接到 GND，因此 + 输入在输出处变为 GND。相反，当我们通过 PB2 将 GND 施加到输入时，只有 ZVP 打开，将输出连接到 +6V，再次反转信号。

如上，非门电路图。

与非门（NAND）内部是什么样？

与非门使用4个MOSFET，如下图所示。

只有当 SWA 和 SWB 都为高电平（逻辑 1）时，LED 才会关闭（逻辑 0）。

如上，与非门的电路图。

如果将上面两个图结合起来会发生上面？会不会是负负得正？如下图所示。

0 h2 {! u! C8 S' F! x/ C0 T& l, X

如上，内部的与非门。

从上图中可以看出来，外部的与非门（NAND）是与门（AND）的否定，但内部的与门（AND）实际上是由一个与非门（NAND）和一个非门（NOT）组成。所以实际上的与门也就是非与非门。

, w/ L8 F# z! U# u- Y( W7 ]5 h- P& ^

或门（OR）

如下图所示，或门就是或非门（NOR）和非门（NOT）组成的。

异或门（XOR）

如下图所示，异或门也就是同或门（XNOR）和非门（NOT）组成。

+ B. N+ N" n( F- V6 W0 G9 d! [: J; X

由上面几个可以证明，不管什么逻辑门，都可以用有限数量的与非门构成。

四、逻辑电路

这个电路相对来说很简单，不过需要大量的N沟道和P沟道MOSFET或者逻辑芯片。

在使用逻辑芯片的时候要注意以下几个点：

1）一定要避免任何静电积聚或者放电，以免损坏芯片。

2）每个芯片都有一个用于 +V 的公共引脚和一个公共 GND 引脚，这个在原理图上很容易找到。

3）任何未使用的输入引脚都应连接到 GND

4）逻辑芯片并不是用于大负载（如电机等）的大电流驱动器。

下面将从一个简单的LED闪光灯开始。

LED闪光灯

使用两个或非门就可以构建一个振荡器。如下图所示。

8 D! h  @8 e7 u! l9 Q
7 ]# e; N0 U2 ?; a! ^

如果想要两个来回闪烁的LED，则LED2和R2都是可以选择的。不然的话LED1将以R1和C1的值确定速率闪烁开/关。

设置/复位锁存器

设置/复位锁存器是时序逻辑的关键组件。

一组 8 个锁存器将形成一个 8 位存储单元的核心结构。在内存中，SR 锁存器称为 D 锁存器（数据），它与系统内核时钟一起用于确定何时进行锁存。具体如下图所示。

% o- S& ~; v2 o
+ m4 g0 E) L! ?9 G

上面这个电路更多的是概念演示，因为在实际应用上，通常锁存器只要一个输出就够了，当按下按钮时状态之间的输出触发器时，它们将始终处于彼此相反的状态。

当然也可以将此处的一个输出连接到第二个电路，并且将锁存器用作第二个电路的“推开”非机械开关。

两位输出的半加器

单个的异或门（XOR）可以用作1位二进制加法器，通常添加两个与非门（NAND），就可以做成一个带有两位输出的半加器。

先做一个或门（OR），如下图所示，由3个与非门（NAND）门组成。

在将或门（OR）更改为或非门（NOR），只需要在 U3 的输出和 LED 之间添加第四个与非门 NAND，并将 U4 的两个输入连接在一起就可以了。

再次使用与非门（NAND），可以构建一个同或门（XNOR）。

* i! B6 y& }( C0 F
  m$ I1 \2 x2 \

将 U5 移除并将 U4 的输出连接到 R3，就可以得到一个 XOR 门。

单个的异或门（XOR）可以用作1位二进制加法器，通常添加两个与非门（NAND），就可以做成一个带有两位输出的半加器。

" B! g3 N3 z0 u8 c6 Q
) d8 a% j% W# C" r

全加器

全加器需要进行一些更改（添加一个异或门（ XOR）、两个 与非门（NAND） 和一个 或门（OR）），其中添加一个输入来处理来自前一个加法器的进位信号。然后将几个加法器堆叠在一起，每个位一个加法器，以构建一个加法机。

+ o0 u' G; |/ p6 z; o7 f$ `

PB1 是位 A，PB2 是位 B，PB3 是前一个加法器块的进位位。如果我们只按PB1或PB2，我们是加1+0，只有LED 2会亮，表示值为1。如果我们同时按PB1和PB2，表示二进制加1+1，即二进制10 （表示为 10b）。这将点亮 LED1 并关闭 LED2。如果我们然后按 PB3 并再添加 1，我们得到 11b，两个 LED 都亮起。

4位加法器

右边的第一个块（带有 A0 和 B0）可以用半加器交换，而不影响输出。它只是删除了第一个全加器上的进位（Cin），无论如何，它在这里连接到 GND。

在这个例子中，我们将两个 4 位数字 A 和 B 相加。每个 (A0 和 B0) 的第一位在右侧相加，结果发送到 S0，任何进位位 (C1) 发送到下一个加法器. 然后将 A1 和 B1 以及来自第一个加法器的 C1 相加，结果进入输出 S1，任何进位位都在 (C2) 上发送。最后一个加法器要么显示最后的进位位 (C4)，如果有的话，或者如果没有空间或它不重要，则忽略它。

4位比较器数字锁

如前所述，异或门（XOR ）可以用作加法器，但它们也是比较器，如果两个输入相同，则输出一个状态，如果两个输入不同，则输出反转状态。这使我们能够检查引脚的状态，并仅在正确时进行切换和输出。

  L, y, ~) `# U7 ]& k7 y5 z0 c7 u
: h2 E: s# T- B6 z# `

如上面所示，在日常生活中，我们经常会用到MOSFET，可以说，MOSFET是当今使用的最重要的电子元件。

如果看到最后的话，应该可以发现，在这个文章中并没有提到说MOSFET用在放大电路中。不是不可以用作放大电路，而是根据我的经验来看，模拟信号放大器任务最好由BJT处理，而快速、大电流开关最好用 MOSFET 。

其实这两种晶体管类型都有很多例子可以很好地双向工作。具体怎么使用，还是看大家的电路要求。

电子元器件采购，替代芯片查询，上道合顺大数据

dreams5678

使用两个或非门就可以构建一个振荡器