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深度分析MOS場(chǎng)效應(yīng)管在消費(fèi)類電子中的電路設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2016-1-26 11:56    發(fā)布者:designapp
關(guān)鍵詞: MOS , 場(chǎng)效應(yīng)管
當(dāng)我們還是學(xué)生的時(shí)候,不論從做題還是原理分析上,通常會(huì)重點(diǎn)學(xué)習(xí)NPN和PNP三極管的特性:靜態(tài)工作特性計(jì)算、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析等等。對(duì)于MOS管,老師一般都會(huì)草草帶過,沒有那么深入的分析和了解,一般都會(huì)說MOS管和三極管的不同就是一個(gè)是電壓控制,一個(gè)是電流控制,一個(gè)Ri大,一個(gè)Ri小等等。除了這些明顯的特性,下文就從工作實(shí)戰(zhàn)的角度進(jìn)行MOS場(chǎng)效應(yīng)管的分析。

首先我們來看下經(jīng)常使用的增強(qiáng)型mos場(chǎng)效應(yīng)管:N溝道和P溝道m(xù)os場(chǎng)效應(yīng)管。

在消費(fèi)類電子設(shè)計(jì)中由于對(duì)功耗要求比較嚴(yán)格,通常使用N溝道和P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管來做電平的轉(zhuǎn)換、鋰電池的充電放電電路控制和電源的控制,F(xiàn)在用multisi blue14來模擬P溝道的電氣特性:



在信號(hào)源XFG1中采用1Hz的5Vpp的正弦波來驅(qū)動(dòng)Pmos場(chǎng)效應(yīng)管,而場(chǎng)效應(yīng)管的vcc也采用5v直流電壓,示波器XSC1中A通道顯示驅(qū)動(dòng)電壓的波形,B通道顯示源級(jí)的電壓,仿真結(jié)果如下:



從仿真結(jié)果中可以看出,只要柵極的電壓超過0v,也就是此時(shí)柵極的電壓大于漏極的電壓,場(chǎng)效應(yīng)管截至,示波器拾取的源級(jí)電壓就為直流驅(qū)動(dòng)電壓,源級(jí)獲得的信號(hào)特性正好與驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O的電壓特性相反。這也就是電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中采用N溝道和P溝道m(xù)os場(chǎng)效應(yīng)管的原因。

深度分析下該典型電路:當(dāng)漏極電壓升高,場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓也會(huì)隨之升高;當(dāng)源級(jí)的電壓變化特別是變小時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管的源級(jí)電壓會(huì)伴隨著場(chǎng)效應(yīng)管的打開與關(guān)閉實(shí)現(xiàn)電壓跟隨。

如下例子:柵極驅(qū)動(dòng)電壓為5v方波,源級(jí)為3v直流電源


      
此時(shí)源級(jí)的電壓特性為:



這就是電平變換的典型特性,在實(shí)際的電路中,經(jīng)常由于漏源柵之間的電容、或者驅(qū)動(dòng)馬達(dá)引起的反向電動(dòng)勢(shì)影響到電子系統(tǒng),通常會(huì)在柵極增加耗能電阻R和耗能電容C接地。

N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的典型應(yīng)用電路正好與P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管相反,如下所示:



在信號(hào)源XFG2中采用1Hz的5Vpp的正弦波來驅(qū)動(dòng)Nmos場(chǎng)效應(yīng)管,而場(chǎng)效應(yīng)管的vcc也采用5v直流電壓,示波器XSC2中A通道顯示驅(qū)動(dòng)電壓的波形,B通道顯示源級(jí)的電壓,仿真結(jié)果如下:



由此可以知道只要柵極電壓大于0V(此時(shí)的0v電壓為源級(jí)電壓)N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管是導(dǎo)通狀態(tài),漏極的電壓會(huì)伴隨著N溝道MOS管的打開與關(guān)閉形成跟隨漏極還是源級(jí)電壓。

當(dāng)采用5vpp的方波驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O電壓時(shí),


      
獲得的仿真波形如下:



從中可以看出獲得的波形為0-5V的方波,這在電子開關(guān)中可以理解為當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓為高電平時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管打開。
當(dāng)用MOS場(chǎng)效應(yīng)管做充電電池的控制電路時(shí)的典型電路如下:



上圖中,當(dāng)USB接口連接上,整個(gè)系統(tǒng)采用USB供電,同時(shí)通過電壓檢測(cè)控制端來實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的充電,而由于二極管的存在,使鋰電池的電量不能返流到USB。當(dāng)USB接口沒有驅(qū)動(dòng)電壓時(shí),鋰電池通過二極管D1進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)的供電。

好了,對(duì)于MOS場(chǎng)效應(yīng)管在消費(fèi)類電子產(chǎn)品中的應(yīng)用就分析到這里。下一篇將會(huì)分析MOS場(chǎng)效應(yīng)管在信號(hào)處理中的典型應(yīng)用。
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