硬件系统工程师宝典（26）-----四种BJT应用电路分析

各位同学大家好，欢迎继续做客电子工程学习圈，今天我们继续来讲这本书，硬件系统工程师宝典。上篇我们说到晶体三极管（BJT）的几种应用电路：三极管的输入端钳制电压电路、BJT电平转换电路、Boost升压电路、图腾柱电路。今天我们来讲讲场效应管。

场效应管的结构

场效应管有两种主要类型，分为金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）和结型场效应管（JFET）。在开关电路、Boost电路、Buck电路和Buck-Boost电路等应用中，主要应用了MOSFET。两种管子虽然特性曲线有所不同，但是原理相同。场效应管原理是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。场效应管是三端器件，也有三个电极，分别是栅极G、漏极D和源极S。MOSFET可以制造成增强型或耗尽型、P沟道MOSFET和N沟道MOSFET，N沟道MOS管和P沟道MOS管结构图和电路符号如下图所示：

​N沟道MOS管（N-MOSFET）

​P沟道MOS管（P-MOSFET）

对于场效应管，可以与BJT进行对应理解，场效应管的栅极G与BJT三极管的基极B对应；漏极D与BJT的集电极C对应；源极S与BJT的发射极E相对应，如下图所示：

​BJT对应场效应管

场效应管的工作原理

场效应管FET的放大原理如下图所示，FET的输入信号通过器件输出，FET吸收此时输入信号的振幅信息，由电源重新产生输出信号。由于输出信号比输入信号大，故可以看成将输入信号放大而成的输出信号。

​FET的放大原理

FET对加在栅极G和源极S之间的电压不停地监视，控制漏极D和源极S之间的电流源，使漏极D和源极S之间流动的电流与栅极G的电压成正比。通过如下FET内部工作原理图可知，FET是由加载在栅极上的电压来控制漏极-源极之间电流的器件。

​FET的内部工作原理

FET同样适用类比水龙头的工作来理解，栅极G看成水龙头的开关，漏极D看成水龙头的进水口，源极S看成水龙头的出水口。打开开关G，水流会慢慢增大，开关开到最大，水流达到最大，对应FET饱和区；当关闭开关G，水流会逐渐减小，完全闭合时，水流为0，对应FET截止区。那么，当开关介于“饱和”和“截止”位置时，对应FET的“放大模式”。所以，其实FET没有起到放大作用，只是起到控制水龙头开关大小的作用，这个控制是通过栅极和源极之间加载驱动电压实现的。

​类比FET的水龙头

MOSFET管的应用分析

在电路设计中主要应用的是增强型的NMOS管和增强型的PMOS管，这两种增强型MOS管中比较常用的是NMOS，因为NMOS的导通电阻小且容易制造。在开关电源和马达驱动中，一般采用NMOS。

在MOS管内部，漏极和源极之间会寄生一个二极管，叫体二极管，在驱动感性负载比如马达时，这个二极管很重要，并且只在单个MOS管中存在这个二极管，在集成电路芯片内部通常是没有的。

NMOS的特性：Vgs大于一定的值就会导通，适用于源极接地时的情况（低端驱动）。

PMOS的特性：Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC的情况（高端驱动）。

虽然PMOS可以很方便地用于高端驱动，但是其导通电阻大、价格贵、替换种类少的原因，在高端驱动中通常会使用NMOS。在高端驱动使用NMOS时，一般源极会接一定电压值的电源或负载，那么栅极驱动电压要高于源极一定的数值。

MOS管的三个引脚之间存在寄生电容，要在设计电路时进行考虑。在GS和GD之间存在寄生电容，而MOS管的驱动实际上就是对电容的充放电，电容的充电瞬间可以看成短路，所以瞬间电流会比较大，因此设计MOS驱动时首先要注意的是可提供瞬间的短路电流值。

普遍用于高端驱动的NMOS，导通时需要栅极大于源极电压，而前面说到高端驱动的NMOS管导通时源极和漏极电压（VCC）相同，此时栅极电压就要比VCC大。如果同一系统中栅极电压要比VCC大，就要用到专门的升压电路。因此，很多马达驱动器都集成了电荷泵，要注意选择合适的外接电容，以得到足够的短路电流驱动MOS管。

---

另外，整理了一些电子工程类的资料，分享给大家，目前有模拟电路、单片机、C语言、PCB设计、电源相关、FPGA、EMC、物联网、Linux相关学习资料，还有针对大学生的资料包，后续还会有更多资料分享给大家，助力大家学习，成就梦想~

关注同名公众号领取资料~

链接也可在往期文章中找（在文章的最后有链接）~

模拟电路设计的九个级别，你是模电几段？