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场效应管在开关电路中的原理分析
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与三极管一样,场效应管不仅可以对模拟信号放大,也可作为控制开关使用,之所以我们将开
关电路(而不是放大电路)的应用提前介绍,是因为在实际应用当中,场效应管当作开关电路
应用的情况还是相对更多一些。可以这么说,大多数读者曾经使用过或将来会使用三极管电路
进行信号放大的应用,但大多数读者都不曾使用或将来也不会使用场效应管进行信号放大的应
用。因此,我们将场效应管的开关电路详细描述一下。
场效应管开关电路大体可分为两大类,即模拟开关(Analog Switch)与数字开关,前者我
们在此不进行讨论,读者可参考文章《模拟开关》,而常用的数字开关电路大都使用增强型的
NMOS 或 PMOS 为核心,NMOS 控制开关电路的基本结构如下图所示:
其中,漏极电阻 R
1
为上拉电阻,当场效应管 Q1 截止时将输出电压上拉至电源 V
CC
(高电
平),可以理解为开漏(OD)输出结构的上拉电阻,具体可参考文章《电阻(4)之上/下拉
电阻》,栅极串联电阻 R
2
为限流电阻,防止输入电压变换的瞬间导致栅极电流超额而损坏场
效应管,下拉电阻 R
3
用来确保无输入信号(即悬空)时场效应管处于截止状态。
此开关电路的基本原理很简单!当输入信号 V
i
为低电平“L”时,场效应管 Q1 处于截止状态,
输出电压 V
o
由漏极电阻 R1 上拉为电源 VCC(高电平),此时场效应管 Q1 相当于一个处于
断开状态的开关,如下图所示:
当输入信号 V
i
为高电平“H”时,场效应管 Q1 处于导通状态,输出电压 V
o
被场效应管下降至低
电平,此时场效应管 Q1 相当于一个处于闭合状态的开关,如下图所示:
场效应管开关应用电路的要求主要有两点,其中之一是限流电阻 R2 的阻值,需要根据开关频
率、前级驱动能力、栅-源电容 C
GS
等因素来决定,其中 C
GS
与栅极电阻相当于一个 RC 充放电
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