MOS管的电路分析和应用案例

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？

MOS管是很常见的电路元器件，主要有以下常见应用：

放大器：MOS管可以用作放大器，通过调节栅极电压来控制电流增益。这在放大音频信号、射频信号等方面非常有用。

开关：MOS管可以用作开关，通过调节栅极电压来控制通断状态。这在数字电路、电源管理、电机驱动等方面非常常见。

模拟开关：MOS管可以用作模拟开关，通过调节栅极电压来控制通断状态，实现模拟信号的开关和选择。

数字逻辑：MOS管在数字电路中广泛应用，例如作为逻辑门、存储器单元等。

电源管理：MOS管可以用于电源管理电路中的电源开关、电源选择、电源调节等。

DC-DC转换器：MOS管在DC-DC转换器中用于能量转换和电压调节。

下面将常用的电路，进行电路分析和实际应用案例讲解：

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。

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。

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。

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< ，所以输出为低电平，即Uo＝0。

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；

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。

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。

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。

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。

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

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）！

MOS管应用总结：

MOS管一般有以下使用电路功能

作为电子开关：MOS管可以用作控制电源通断的电子开关，一般正极用PMOS管，负极用NMOS管控制。

缓启动：在有大电容负载时，需要对电源作缓启动设计，防止浪涌电流过大导致电源电压跌落和系统复位等严重缺陷。

防反接：在电源接口设计时，需要考虑反接的问题，避免电路烧坏造成损失。PMOS管常用在正极，NMOS管常用在负极。

逻辑转换：MOS管可以实现电平逻辑高低转换。