一个有趣的MOSFET电路-触摸调光电路

来源

刷B站视频，看到一个很新奇的“触摸调光电路”，电路图如下：

视频在这里，只使用了3个元件。
刚好最近在学模拟电路的 MOSFET，我之前的理解是 MOSFET 的控制电压应该加在 Gate 和 Source 之间，也就是 栅极和源极 之间，但这个电路图中，控制电压却是在 Gate 栅极 和 Drain 漏极 之间的，这是如何工作的？
我必须用 LTSpice 仿真一把，看下电路是否能工作，如何工作。

LTSpice 仿真

话不多说，上仿真。
查了一下 IRFZ44N 是 N-channel enhancement mode TrenchMOS transistor，Datasheet 在这里。

IRFZ44N 的转移特性曲线如下，可以看到Vgsth开启电压在4.5V左右：

LTSpice 的元件库中没有 IRFZ44N ，需要自定义这个MOSFET的模型。
仔细搜索了一下，这里有 IRFZ44N 的 SPICE 模型下载。

下面我们来创建 IRFZ44N 的模型，主要步骤是创建一个符号，让它的模型使用下载的SPICE模型文件。

创建元件的符号(Symbol)

方法是：
1、将模型文件irfz44n.spi 拖拽到 LTSpice 中，打开一个编辑窗口，如下图。

2、创建"元件的符号"：右键点击第一行的 .SUBCKT 字符串，选择创建"Symbol"，如下：

编辑一下符号，然后保存。可以看到模型路径就是我们打开的 .spi 文件。

查看模型文件路径：

注意自动生成的符号会存放到 LTSpice 的数据目录下：

再稍微调整一下三个管脚的位置，将 G 放到左边、D 放到右边，这样更接近MOSFET符号的常见形式，如上图。
如果追求和常规的MOSFET符号一模一样，可以将一个 nmos 符号的内容复制到 irfz44n.asy 文件中去，然后修改管脚对应关系即可。

仿真电路

很快就画好了仿真电路，如下图，并做2种仿真计算：1、调亮；2、调暗。
先仿真调亮的情况，如下图，I_led 电流的确有一个逐渐升高的过程。可以看到电流很大，所以对于额定电流小的LED还需要串联一个1k的电阻，减少电流，避免烧毁LED。

调暗的情况：

电路分析

当手指连接 port1 和 port2 时，对电容 C1 充电，C1 的正极会带正电，导致 VG 电压升高，当 Vgs > Vgsth 启动电压时，MOSFET 进入线性工作区，Ids 电流变大，LED 亮起，Ids 随 Vgs 电压正向变化。所以当手指连接 port2 和 port3 时，C1 放电，导致 Vgs 下降，Ids 下降，LED 变暗。

疑问

C1 能否接在 G 和 Ground 间呢？我们来仿真一下，看上去也是可以的，只是电流上升的时间非常快而已。
为什么会这样？可能是 C1的 负极 需要通过 MOSFET 的 Drain 和 Source 提供电流，而没有进入线性工作区前，Ids 很小导致 C1 需要较长的充电时间。如果 C1 负极接地，就没有这个限制了，充电时间大大减少。

实际电路

用洞洞板搭建一个实验电路板，非常成功：
1、电压别太高太低，大概在 4V => 6V 之间。
2、MOSFET 可以随便替换，这里我用的是手头的 IN60 N-Channel MOSFET、电容用了1uF的独石电容。

这是我的实验电路视频：

MOSFET实现的触摸亮度调节电路