深度揭祕MOS在消費類電子中的電路設計
當我們還是學生的時候,不論從做題還是原理分析上,通常會重點學習NPN和PNP三極體的特性:靜態工作特性計算、動態訊號分析等等。對於MOS管,老師一般都會草草帶過,沒有那麼深入的分析和了解,一般都會說MOS管和三極體的不同就是一個是電壓控制,一個是電流控制,一個Ri大,一個Ri小等等。除了這些明顯的特性,下文就從工作實戰的角度進行MOS場效電晶體的分析。
首先我們來看下經常使用的增強型MOS管:N溝道和P溝道MOS管。
在消費類電子設計中由於對功耗要求比較嚴格,通常使用N溝道和P溝道MOS管來做電平的轉換、鋰電池的充電放電電路控制和電源的控制。現在用multisiblue14來模擬P溝道的電氣特性:
在訊號源XFG1中採用1Hz的5Vpp的正弦波來驅動PMOS管,而場效電晶體的vcc也採用5v直流電壓,示波器XSC1中A通道顯示驅動電壓的波形,B通道顯示源級的電壓,模擬結果如下:
從模擬結果中可以看出,只要柵極的電壓超過0v,也就是此時柵極的電壓大於漏極的電壓,場效電晶體截至,示波器拾取的源級電壓就為直流驅動電壓,源級獲得的訊號特性正好與驅動柵極的電壓特性相反。這也就是電機驅動電路中採用N溝道和P溝道mos管的原因。
深度分析下該典型電路:當漏極電壓升高,場效電晶體的夾斷電壓也會隨之升高;當源級的電壓變化特別是變小時,
如下例子:柵極驅動電壓為5v方波,源級為3v直流電源
這就是電平變換的典型特性,在實際的電路中,經常由於漏源柵之間的電容、或者驅動馬達引起的反向電動勢影響到電子系統,通常會在柵極增加耗能電阻R和耗能電容C接地。
N溝道增強型MOS管的典型應用電路正好與P溝道增強型MOS場效電晶體相反,如下所示:
在訊號源XFG2中採用1Hz的5Vpp的正弦波來驅動Nmos場效電晶體,而場效電晶體的vcc也採用5v直流電壓,示波器XSC2中A通道顯示驅動電壓的波形,B通道顯示源級的電壓,模擬結果如下:
由此可以知道只要柵極電壓大於0V(此時的0v電壓為源級電壓)N溝道MOS場效電晶體是導通狀態,漏極的電壓會伴隨著N溝道MOS管的開啟與關閉形成跟隨漏極還是源級電壓。
當採用5vpp的方波驅動柵極電壓時,
從中可以看出獲得的波形為0-5V的方波,這在電子開關中可以理解為當驅動電壓為高電平時場效電晶體開啟。
當用MOS管做充電電池的控制電路時的典型電路如下:
上圖中,當USB介面連線上,整個系統採用USB供電,同時通過電壓檢測控制端來實現對鋰電池的充電,而由於二極體的存在,使鋰電池的電量不能返流到USB。
當USB介面沒有驅動電壓時,鋰電池通過二極體D1進行對系統的供電。