场效应管在电路中的应用
描述
场效应管MOSFET与BJT的不同之处在于BJT需要向基极引脚施加电流，以便于集电极和发射极引脚之间流动。另一方面，场效应管MOSFET只需要栅极引脚上的电压来允许电流在漏极和源极引脚之间流动。场效应管MOSFET在实际设计中具有非常高的栅极阻抗，这就决定了MOSFET的一个特点，非常擅长降低电路的运行所需要的功率。
先来简单介绍一下场效应管MOSFET。
什么是场效应管MOSFET？
场效应管MOSFET 是具有源极 （S）、栅极 （G）、漏极 （D） 和体 （B） 端子的四端子器件。通常，场效应管MOSFET的主体与源极端子相连，从而形成三端器件，例如场效应晶体管。场效应管MOSFET 通常被认为是一种晶体管，并用于模拟和数字电路。
场效应管MOSFET的一般结构如下所示：
场效应管MOSFET P沟道场效应管MOSFET和N沟道场效应管MOSFET
P沟道场效应管MOSFET：如果要工作，源极电压 （VS ） 必须比 栅极电压 （VG ）大，且栅源电压（VGS）不能小于漏源电压 （VDS ）。
N沟道场效应管MOSFET：如果要工作，栅极电压 （VG ） 必须比源极电压 （VS ） 大，且漏源电压 （VDS ）不能小于栅源电压（VGS）。
下图为这两种场效应管MOSFET类型的原理图符号。
场效应管MOSFET原理图符号图
场效应管MOSFET的应用
一、场效应管MOSFET用作开关
MOSFET很容易饱和，这就意味着说，MOSFET完全打开，且非常可靠，可以在饱和区域之间进行非常快速的切换，这就意味着MOSFET可以用作开关，尤其是适用于电机、灯等大功率应用。
在实际应用中，可以使用与大功率设备相同的电源来操作MOSFET，使用机械开关施加栅极电压。如下图所示，使用的是N沟道MOSFET。
或者也可以使用电子信号，例如微控制器激活MOSFET。P沟道MOSFET
N沟道MOSFET
N沟道MOSFET开关电路图
当按下按钮时，LED亮起。1kΩ 电阻充当下拉电阻，将栅极电压保持在与电池负极端子相同的电位，直到按下按钮。这会在栅极施加正电压，打开漏极和源极引脚之间的通道，并允许电流流过 LED。
P沟道MOSFET
P沟道MOSFET开关电路图
二、场效应管MOSFET用作电机驱动电路
N沟道MOSFET
如下图所示，两个二极管反向偏置放置在电机触点和MOSFET漏极/源极引脚上。
N 沟道 MOSFET 电机驱动电路
P沟道MOSFET
P沟道MOSFET电机驱动电路
双向运行控制器
如果想要一个可以双向运行的电机控制器，就把上面两个电路结合起来，如下图所示。
双向电机驱动电路
三、场效应管MOSFET应用在逻辑门电路中
在这之前，先简单介绍一下逻辑门。
双输入与门（AND）
双输入与门（AND）是最容易理解的逻辑。如下图所示。
与门逻辑图
只有两个输入都为高时，与门（AND）的输出才会为高。如果任一输入为低电平，则输出也为低电平。下图为真值表图。
与门真值表
与非门（NAND）
下图为与非门（NAND）的真值表，关于数字逻辑中的使用的逻辑门，如果大家感兴趣，我将在之后的文章进行总结。
与非门真值表
逻辑门中的MOSFET
由于MOSFET很容易在低电压和几乎可以忽略不计的电流下饱和（完全导通），就可以用它构建上面的逻辑门，进而构建及其可靠的数字逻辑系统来处理数据。
非门（NOT）
如下图所示。PB1 将两个 MOSFET 栅极连接到 +6V，但只有 ZVN 会以正电压打开。但是，当它打开时，它将输出连接到 GND，因此 + 输入在输出处变为 GND。相反，当我们通过 PB2 将 GND 施加到输入时，只有 ZVP 打开，将输出连接到 +6V，再次反转信号。
非门电路图
内部的与非门（NAND）
与非门使用4个MOSFET，如下图所示。
只有当 SWA 和 SWB 都为高电平（逻辑 1）时，LED 才会关闭（逻辑 0）。
与非门的电路图
如果将上面两个图结合起来会发生上面？会不会是负负得正？如下图所示。
内部的与非门
从上图中可以看出来，外部的与非门（NAND）是与门（AND）的否定，但内部的与门（AND）实际上是由一个与非门（NAND）和一个非门（NOT）组成。所以实际上的与门也就是非与非门。
或门（OR）
如下图所示，或门就是或非门（NOR）和非门（NOT）组成的。
异或门（XOR）
如下图所示，异或门也就是同或门（XNOR）和非门（NOT）组成。
异或门（XOR）
由上面几个可以证明，不管什么逻辑门，都可以用有限数量的与非门构成。
四、逻辑电路
这个电路相对来说很简单，不过需要大量的N沟道和P沟道MOSFET或者逻辑芯片。
在使用逻辑芯片的时候要注意以下几个点：
1）一定要避免任何静电积聚或者放电，以免损坏芯片。
2）每个芯片都有一个用于 +V 的公共引脚和一个公共 GND 引脚，这个在原理图上很容易找到。
3）任何未使用的输入引脚都应连接到 GND
4）逻辑芯片并不是用于大负载（如电机等）的大电流驱动器。
下面将从一个简单的LED闪光灯开始。
LED闪光灯
使用两个或非门就可以构建一个振荡器。如下图所示。
振荡器
如果想要两个来回闪烁的LED，则LED2和R2都是可以选择的。不然的话LED1将以R1和C1的值确定速率闪烁开/关。
设置/复位锁存器
设置/复位锁存器是时序逻辑的关键组件。
一组 8 个锁存器将形成一个 8 位存储单元的核心结构。在内存中，SR 锁存器称为 D 锁存器（数据），它与系统内核时钟一起用于确定何时进行锁存。具体如下图所示。
复位锁存器
上面这个电路更多的是概念演示，因为在实际应用上，通常锁存器只要一个输出就够了，当按下按钮时状态之间的输出触发器时，它们将始终处于彼此相反的状态。
当然也可以将此处的一个输出连接到第二个电路，并且将锁存器用作第二个电路的“推开”非机械开关。
两位输出的半加器
单个的异或门（XOR）可以用作1位二进制加法器，通常添加两个与非门（NAND），就可以做成一个带有两位输出的半加器。
先做一个或门（OR），如下图所示，由3个与非门（NAND）门组成。
半加器
在将或门（OR）更改为或非门（NOR），只需要在 U3 的输出和 LED 之间添加第四个与非门 NAND，并将 U4 的两个输入连接在一起就可以了。
再次使用与非门（NAND），可以构建一个同或门（XNOR）。
XNOR
将 U5 移除并将 U4 的输出连接到 R3，就可以得到一个 XOR 门。
单个的异或门（XOR）可以用作1位二进制加法器，通常添加两个与非门（NAND），就可以做成一个带有两位输出的半加器。
全加器
全加器需要进行一些更改（添加一个异或门（ XOR）、两个 与非门（NAND） 和一个 或门（OR）），其中添加一个输入来处理来自前一个加法器的进位信号。然后将几个加法器堆叠在一起，每个位一个加法器，以构建一个加法机。
PB1 是位 A，PB2 是位 B，PB3 是前一个加法器块的进位位。如果我们只按PB1或PB2，我们是加1+0，只有LED 2会亮，表示值为1。如果我们同时按PB1和PB2，表示二进制加1+1，即二进制10 （表示为 10b）。这将点亮 LED1 并关闭 LED2。如果我们然后按 PB3 并再添加 1，我们得到 11b，两个 LED 都亮起。
4位加法器
右边的第一个块（带有 A0 和 B0）可以用半加器交换，而不影响输出。它只是删除了第一个全加器上的进位（Cin），无论如何，它在这里连接到 GND。
在这个例子中，我们将两个 4 位数字 A 和 B 相加。每个 （A0 和 B0） 的第一位在右侧相加，结果发送到 S0，任何进位位 （C1） 发送到下一个加法器。 然后将 A1 和 B1 以及来自第一个加法器的 C1 相加，结果进入输出 S1，任何进位位都在 （C2） 上发送。最后一个加法器要么显示最后的进位位 （C4），如果有的话，或者如果没有空间或它不重要，则忽略它。
4 位比较器数字锁
如前所述，异或门（XOR ）可以用作加法器，但它们也是比较器，如果两个输入相同，则输出一个状态，如果两个输入不同，则输出反转状态。这使我们能够检查引脚的状态，并仅在正确时进行切换和输出。
如上面所示，在日常生活中，我们经常会用到MOSFET，可以说，MOSFET是当今使用的最重要的电子元件。
如果看到最后的话，应该可以发现，在这个文章中并没有提到说MOSFET用在放大电路中。不是不可以用作放大电路，而是根据我的经验来看，模拟信号放大器任务最好由BJT处理，而快速、大电流开关最好用 MOSFET 。
其实这两种晶体管类型都有很多例子可以很好地双向工作。具体怎么使用，还是看大家的电路要求。
审核编辑 ：李倩
-
场效应管在电路中的应用2012-10-29 0
-
场效应管放大电路2009-09-16 42528
-
场效应管（FET）,场效应管（FET）是什么意思2010-03-01 47464
-
VMOS场效应管,VMOS场效应管是什么意思2010-03-04 1470
-
场效应管在电路中如何控制电流大小_场效应管测量方法图解2018-04-03 45679
-
场效应管开关电路原理2018-08-16 65616
-
场效应管在电路中到底是如何控制电流的大小的2019-08-31 30004
-
场效应管在电路中如何控制电流大小资料下载2021-04-28 979
-
盘点场效应管在电路中应用2022-11-30 6645
-
场效应管的特点 场效应管的使用优势2023-02-17 5000
-
场效应管的原理与作用 场效应管在电路中起什么作用？2023-09-02 5846
-
场效应管在工业自动化中的应用2024-12-09 280
全部0条评论
快来发表一下你的评论吧 !
