一、原理介紹
如上圖MOS管符號(hào),要注意如果剛學(xué)完三極再來看這個(gè)會(huì)覺得很別扭,記不住,下面與NMOS原理做介紹,PMOS就剛好是相反的。
上圖NMOS管是壓控型器件,VGS電壓大于開啟電壓時(shí),內(nèi)部溝道在場強(qiáng)的作用下導(dǎo)通,Vgs電壓小于開啟電壓時(shí),內(nèi)部溝道截止;
Vgs電壓越高,內(nèi)部場強(qiáng)越大,導(dǎo)通程度越高,導(dǎo)通電阻Ron越小,注意,Vgs電壓不能超過芯片允許的極限電壓;NMOS管一般作為低端驅(qū)動(dòng)器件,源級(jí)S接地。
例如:IRLML2502TRPBF 開啟電壓在0.6V ~ 1.2V,但是在4.5V的時(shí)候才飽和導(dǎo)通,所以在驅(qū)動(dòng)的時(shí)候3.3V的CPU,IO可直接驅(qū)動(dòng)就有可能出現(xiàn)問題。
2、(保護(hù))寄生二極管
使用時(shí),要特別注意內(nèi)部保護(hù)二極管。例如,電源接反時(shí),源級(jí)S接到了電源正極,此時(shí)通過內(nèi)部寄生二極管導(dǎo)通,如果電源輸入沒有反接保護(hù),NOMS管有可能燒毀。
2、輸入輸出電容
使用時(shí),要特別注意GS管腳的等效電容Cgs,控制NMOS管的導(dǎo)通與截止,本質(zhì)上是控制Cgs電容的充放電(但這個(gè)電容一般比較小);
如果要求NMOS快速導(dǎo)通與截止(高頻時(shí)影響較大,IRLML2502TRPBF的,VGS電容為740PF),此時(shí)需要驅(qū)動(dòng)源能夠提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流,以提供Cgs電容的瞬間充放電;
如果僅僅作為開關(guān)使用,可以串電阻,此時(shí),對(duì)驅(qū)動(dòng)源的要求就不高,單片機(jī)的IO口(推挽輸出時(shí),可以提供20mA的驅(qū)動(dòng)電流)可以直接驅(qū)動(dòng)。
三、選型
1、常用NMOS型號(hào): SI2312、BSS138、BSH103、XXW50N03、XXW3410L、XXW100N06、XXW30N03、XXW10N65、XXW7N65、IRLML2502等,型號(hào)很多,可以根據(jù)需求合理選擇;
2、選型依據(jù)
①、Ids電流,導(dǎo)通電阻Ron越小,允許的Ids越大;
②、開關(guān)速率,詳看手冊的打開、保持、關(guān)閉時(shí)間;
③、Vgs開啟電壓,驅(qū)動(dòng)電壓,極限電壓;
④、Vds極限電壓;
⑤、封裝尺寸;
四、常用實(shí)例
1、單片機(jī)內(nèi)部IO口
推挽輸出電路
PMOS低電平導(dǎo)通,NMOS低電平截止 輸出高電平
PMOS高電平截止,NMOS高電平導(dǎo)通,輸出低電平
開漏輸出電路
開漏輸出一般應(yīng)用在I2C、SMBUS 通訊等需要“線與”功能的總線電路中。除此之外,還用在電平不匹配的場合,如需要輸出5 伏的高電平,就可以在外部接一個(gè)上拉電阻,上拉電源為5 伏,并且把GPIO 設(shè)置為開漏模式,當(dāng)輸出高阻態(tài)時(shí),由上拉電阻和電源向外輸出5 伏的電平,只要電流夠,就可以驅(qū)動(dòng)繼電器等。
2、IC內(nèi)部集成電路
上圖 CD4001 IC內(nèi)部電路介紹一下,左側(cè)的其實(shí)就是推挽輸出電路對(duì)吧,其實(shí)也就是一個(gè)反向器,對(duì)應(yīng)符號(hào)右側(cè)的兩個(gè)符號(hào),那么上圖8-2推挽輸出電路和此電路是一樣的就可以認(rèn)為:反向的反向就是同向輸出邏輯器件了,這也是非常常用的邏輯電路,另外所有輸入均采用CMOS保護(hù)網(wǎng)絡(luò) 管腳對(duì)電源和對(duì)地加二極管保護(hù)。
另外:看一下上圖SRAM的電路,也都是MOS管組成的,反向器,鎖存器,存儲(chǔ)1位數(shù)據(jù),原理都是一樣P1,P2,N1,N2,就是下面的兩個(gè)交叉的推挽輸出電路,等效兩個(gè)相互連接的反向器。
4、防反接電路
設(shè)計(jì)說明:上圖我就自手繪涂抹了一下(兼職美工)。
1、巧妙利用內(nèi)部(寄生)保護(hù)二極管。上電時(shí),VIN上正下負(fù),通過內(nèi)部保護(hù)二極管,Vgs電壓大于Vth電壓,NMOS管完全導(dǎo)通;
2、R11,R12:電阻分壓,調(diào)整Vgs電壓,Vgs電壓盡量大,這樣,Ron越小,壓降越小,損耗越低;設(shè)輸入12V,控制VGS電壓:5V~6V,那么R11:5.6K R12:5.1K,可以正常導(dǎo)通。
3、穩(wěn)壓二極管,防止Vgs電壓超過極限電壓,選型時(shí)參照NMOS器件數(shù)據(jù)手冊啟動(dòng)電壓選擇,5.1V,或12V的穩(wěn)壓管。
4、當(dāng)電源接反時(shí),下正上負(fù),NMOS不導(dǎo)通,有效保護(hù)后級(jí)電路。
5、學(xué)以致用,上圖所示為PMOS管的防反接電路,原理相同的,就不再介紹。
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