硬件设计电路分析|MOS管,三极管常用电路分析-KIA MOS管

一些常用的硬件设计电路分析

MOS管,三极管常用电路-概述

芯片的集成度虽然越来越高，但是整个电路功能的实现，还是离不开分离器件的搭配，本文针对实际工作中的关于MOS管或者三极管的应用做一些整理。

本文所介绍的功能，使用三极管也是可以的，但是实际应用中，MOS管,三极管常用电路多使用MOS管，故本文多以MOS管进行说明。

MOS管,三极管常用电路-应用

NMOS开关控制

MOS管,三极管常用电路

如图，通过NMOS的开关作用，完成对LED的亮灭控制。此时MOS管工作于截止区和可变电阻区。

MOS管,三极管常用电路

总结：对于NMOS，当Vgs = Vg - Vs > 0 时，NMOS 导通；当 Vgs = Vg - Vs < 0 时，NMOS断开。

PMOS 电源控制

IO 控制

MOS管,三极管常用电路

PMOS在整个电路系统中，其中某一部分的电路上电通过控制中可以方便用于通断控制。上图的电路中，使用时需要注意的一点是VCC_IN 与控制端的电平PWR_CON 要处于同一标准（eg：VCC_IN= 3.3V；PWR_CON 高电平 = 3.3V）。

MOS管,三极管常用电路

总结：对于PMOS ，当Vgs = Vg - Vs < 0 时，PMOS导通；当 Vgs = Vg - Vs > 0 时，PMOS断开。因为MOS管的导通压降是非常小的，所以在Rds之上的能量损耗是比较少的。

NMOS控制PMOS

进一步地，上图的电路可以扩展为下图，PMOS的栅极通过NMOS来控制。

MOS管,三极管常用电路

拓展为此电路，针对VCC_IN 与PWR_CON 电压就没有强制的要求了。当PWR_CON为高电平的时候，NMOS导通PMOS的栅极被拉低到低电平，PMOS导通VCC_OUT有电压输出；反之，当PWR_CON为低电平时，NMOS关断，从而使PMOS也断开，这样就完成了VCC_IN输出电压到VCC_OUT的控制。

按键上电控制

MOS管,三极管常用电路

上图的电路，就可以完成所谓的按键开机的功能。

（1）按下 K1 按键，PMOS的栅极被拉低，Vgs < 0，PMOS导通，VCC_OUT有电压输出；

（2）VCC_OUT有电压输出，按键按下时可完成对MCU的供电，然后软件端通过MCU的GPIO进而控制

NMOS的栅极，即PWR_CON 。先通过KEY_DET检测到按键动作，然后把PWR_CON设置为高电平，NMOS导通，使得PMOS也导通，这时候抬起按键，VCC_OUT一端也有电压稳定输出，就实现了按键上电开机的功能。此电路的二极管，功能是防止电压反窜和对MCU的GPIO的保护。

功能流程：

MOS管,三极管常用电路

反相（非门逻辑）

如果电路中需要实现逻辑非的功能，可以采用 MOS 管（三极管）加上电阻来实现，如下图所示：

MOS管,三极管常用电路

通过一个MOS管（三极管）加上两个电阻，就可以实现非门的逻辑。

电池防反接功能

在大多数的电池防反接电路中，常选择压降小的二极管（如：肖特基二极管）来完成，但是针对如 3.7V 锂电池的应用场景，肖特基约为 0.2V 的压降天然的造成了电池容量的浪费，而MOS管导通的低压降（Vds）就有很大的优势了。

MOS管,三极管常用电路

如上图所示，PMOS 在此处的作用就是防止 VBUS 存在时，LDO Vin 端的电压反窜到电池上。

原理分析：

（1）当 USB VBUS 存在时，PMOS 的栅极电压 Vg = 5V，源极电压 Vs = 3.7V（假设此时的电池电压为 3.7V），Vgs = 5 - 3.7 = 1.3V（大于0），此时 PMOS 关断，就起到了防止 Vin 端电压反窜的作用；

（2）当 USB VBUS 不存在时，PMOS 的栅极通过 10K 的电阻下拉到 GND，因此栅极电压 Vg =0V，源极电压 Vs = 3.7V（假设此时的电池电压为 3.7V），电池通过 PMOS 自身的寄生二极管使得 Vs = 3.7V，所以 PMOS 的导通电压 Vgs = 0 - 3.7 = -3.7V，PMOS 导通，这样就完成了电池电压到 Vin 端的输入。

上图的 LDO 电路，只要使能端LDO_CON 给一个开启信号，输出端 V_3V3 就可以稳定输出 3.3V，C3、C4 为 LDO 的输入输出电容，一般大于 1uF（具体参考数据手册取值）。

IO通信双向切换

在一些设备中，如果两个通过IO连接的器件，某一时刻，一个处于休眠，一个处于掉电，这时候就会导致休眠的器件向掉电的器件灌入电流，为了完全杜绝此状态下的电路窜入，可采取如下电路的设计（比如：I2C的SDA信号）

MOS管,三极管常用电路