前言

基礎知識可以看個人筆記：個人筆記

一、前置器件復習使用

1.比較器工作特性

比較器有兩個輸入信號||V+和V-；以及一個輸出信號Vout

當V+>V-時，Vout為高電平；

當V+<V-時，Vout為低電平

但是并不是所有的比較器都是這樣的，這種是屬于推挽輸出，可以主動的輸出高低電平

但是有的比較器內部是開漏輸出，只能讓信號線輸出低電平，這就需要在輸出處加一個上拉電阻：

2.光電二極管

光電二極管是遠紅外線接收管，是一種光能與電能進行轉換的器件。PN結型光電二極管充分利用PN結的光敏特性，將接收到的光的變化轉換成電流的變化。

在無光照時，與普通二極管一樣，具有單向導電性。外加正向電壓時，電流與端電壓成指數關系，見特性曲線的第一象限；外加反向電壓時，反向電流稱為暗電流，通常小于0.2μA。

以上圖為例子，假設R為100KΩ，當沒有接收到紅外的時候，Vout輸出就是5V

當接收到紅外時，產生反向電流，假設為10微安，那么R電阻兩端的電壓就是：10微安 * 100k = 1V

那么A的電壓就是5-1為4V，也就是Vout輸出為4V，這就可以利用比較器設計一個紅外出水水龍頭

3.紅外出水水龍頭

用到的就是紅外接收二極管+比較器+三極管

當收到紅外，Vout輸出4V，比較器輸出Vcc，導通三極管，電機轉動；當沒有接收到紅外的時候，Vout輸出就是0V，電機不轉動

注意電機是要加一個續流二極管的，因為電機本身其實是個電感，會儲能（電流），但突然斷開的瞬間，為了維持電路的電流不變，會根據外部電路，產生一個很大的電壓（作用在這里的三極管），直到電機存儲的電流慢慢減少（主要還是電感流過的電流不能突變的特性）

4.溫控風扇工作原理

用PNP管（低邊驅動：基極比發射極低 0.7V 才導通）+熱敏電阻+三極管模擬實現

假設溫度升高，熱敏電阻分走電壓（比如1V），導致輸出的V1為4V，大于比較器的負端，比較器輸出端會輸出高電平5V，這會導致三極管的基極-集電極不滿足-0.7V，無法導通。相反，如果熱敏電阻分走了4V，比較器就會輸出低電平，集電極-基極大于0.7V，導通，電機工作

二、MOS管

1.前置

1.1 增強型MOS管

d：漏極

g：柵極

s：源極

增強型MOS管是一種無柵壓時不導通的MOS管，其導通是由外部施加電壓增強形成導電溝道，因此稱為“增強型”。

以N型為例子：

• V****GS = 0V（無偏置）時：

• • 沒有溝道存在；
  • 漏極與源極之間無導通；
  • 器件處于“關斷”狀態。

• V****GS > Vth（閾值電壓）時（耗盡層拉開形成反型層）：

• • 柵極電壓正向增強吸引P襯底中的電子聚集在SiO?下方；
  • 在P襯底中形成反型的N溝道；
  • 如果再加上VDS（漏源電壓），則形成電流從D流向S；
  • MOS管導通，進入“線性區”（ VDS < V****GS - V****th ）或“飽和區”（ VDS ≥ V****GS - V****th ，就是夾斷了）工作。

1.2 耗盡型MOS管

對于N溝道：

Ugs可以去通過控制反型層的大小來控制電阻的大小，進而影響Is的流出電流，這和三極管不同，三極管基極的電流是影響不到發射極的電流的（其實也影響到，IC收IB影響，特別是放大區的時候，IC又會流向IE）：

• MOSFET 是電壓控制器件：靠 柵極電壓 U****GS 控制源漏之間是否導通、導通電阻多大；
• 三極管（BJT）是電流控制器件：靠 基極電流 I****B 控制集電極電流 IC 的大小。
• 一個是電壓，一個是電流

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對于P溝道：

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1.3 四種

對比三極管：

1.4 比較

特性	MOSFET（增強型）	BJT（三極管）
控制方式	電壓控制（UGS）	電流控制（IB）
導通機制	反型溝道形成	PN結載流子注入
輸入阻抗	極高（幾乎無電流）	較低（PN結導通需電流）
是否線性	非線性控制電阻（用于開關）	可線性放大（用于放大器）
電流關系	ID 由 UGS 控制	IC = β·IB
開關速度	快	慢
驅動功耗	幾乎為零（靜態）	有持續功耗

2.基本結構

左邊為N型，右邊為P型，以N型內部為例子：

由于存在PN結，那么其實就是個二極管，并且由于中間存在絕緣層，就會導致存在一個寄生電容

而一般來說，源極s一般會和襯底連接一起，就會讓1二極管短路，如下圖，s極和B連接了：

而由于s于B連接導致S和襯底之間的二極管相當于短路掉，那么而d和襯底的二極管還存在，那就相當于S和d之間就連接著一個寄生二極管：

而對于P型其實也差不多，這不過d和s的寄生二極管反過來，而寄生電阻其實都是差不多的：

3.導通條件

Nmos：Vg-Vs>Vth，DS之間導通 -> 當Nmos的g極電壓比s極電壓大于導通電壓（Vth）時，DS之間閉合

Pmos： Vg-Vs<Vth，DS之間導通 -> 當Pmos的g極電壓比s極電壓小于導通電壓（Vth）時，DS之間閉合

看前置中MOS管的內部原理，這里其實都能理解

4.開關電路的設計方法

寄生二極管和寄生電容都不能忽略

其和三極管差不多，需要注意的是三極管是電流控制電流的器件，而MOS管則是電壓控制電流的器件，并且三個引腳兩兩之間都絕緣的

相比較三極管，珊極的限流R4、R6電阻并不是必要的（但是通常也會有，用來 防止高頻震蕩（G-S結構是寄生電容） ）

因為從內部材料也說過，N和P之間是存在一個絕緣體的，這就會導致電流是無法流過的，無論是g和s，還是g和d，或者d和s，都是不行的，兩兩直接是存在絕緣層的，而d的電流之所以能通過MOS管到s，是內部形成一個通道（反型層），并不是通過PN結的

三極管則不同，P和N之間是不存在絕緣層，基極、發射極、集電極兩兩之間是實實在在有電流通過的，因此對于基極是需要加一個限流電阻的，防止一下子從基極到發射極的電流太大導致燒壞三級管（Ie = Ib + Ic），又或者是進入了一個放大區，流進來的Ic電流太大燒壞二極管

5.寄生電容問題

就以N型來講

當開關閉合，柵極g和源極e之間由于有絕緣層，那么其實就是個寄生電容，相當于存在電容C（把內部的移出來展示的，實際上外部是沒有這個C的，為了方便理解），那么此時C會被充電到5V，而假設導通電壓是2V，滿足Vge滿足大于2V，電機會轉動

問題來了，那當開關斷開后，電機還會轉動？？是會的

• 因為寄生電容的存在，開關斷開了，電容的能量無法向外部電路放出，而內部各層之間又是絕緣的，就會導致寄生電容一直維持著5V，導致MOS管一直導通，電機還是會繼續轉動
• 理想狀態上的，現實中實際上是做不到百分百絕緣的，寄生電容還是可以通過內部的絕緣層緩慢流掉能量，當道理一樣，會導致電機不是立刻停止轉動的
• 因此需要加一個電阻（圖中綠色所示），而且這個電阻不僅僅可以用來流掉斷開后的寄生電容的電流，還能抗干擾（比如人體摸上去會產生一個公頻干擾）

6.寄生二極管不能忽略

mos管的寄生體二極管不能夠忽略，否則容易導致電流反灌的問題

當三極管沒導通的時候，MOS管肯定也沒導通，B點電壓就是6V。

當三極管導通的時候，那么B點的電壓就是0.3V（導通壓降電壓，且三極管輸入的導通電壓大于0.7V），這時候MOS管的gs電壓就是5.7，滿足到導通條件

可以看到電路中有個RL負載，它運行需要10V的電壓，有外部的電路提供，假設要保證RL外部電路要和MOS管的電路不產生聯系，也就是當開關A閉合的時候，要保證10V產生的電流不能進入到MOS左邊的電路

而從這個電路上來看，實際上是會進入MOS管左邊的電路的：MOS管的寄生二極管導致的，這會導致給左邊的電池充電，產生一個很大的影響，相當于短路，產生一個很大的電流

可以改成類似下面這樣，注意目的，為了實現左右兩邊電路不會產生各自的電流倒灌：

左邊MOS不能用二極管代替，二極管承受電流一般是1A，電源供電一般都會超過，容易燒壞，它的作用也是一樣，防止左邊的電流通過右邊的MOS倒灌進右邊的負載電路

而且右邊的MOS不單單是用來防止外部電源倒流，當電池供電時可以通過三極管抬高S電壓繼而導通，實現開關功能

7.Nmos管做電源開關的注意事項

所謂的mos導通，值得是mos進入恒流區

Nmos控制負載的工作電源時，需要使用自舉電容或者一個比電源更高的控制信號來控制mos柵極

假設導通電壓是3V

這個電路這樣是有一個問題的，當V5電源剛接入的時候（5V），MOS肯定是導通的（Vgs為5V，大于Vth）

而在4.5V電源的作用下，Vs的電壓慢慢上升（因為1k的電阻會慢慢升壓），而當Vs一直上升到2.1V，那么Vgs就只有2.9V，同時Vds=4.5-2.1=2.4V的電壓，這時候MOS管就不滿足導通條件的（Vgs < 3V），會進入一個可變可變電阻區，Id流入的電流會越來越小

• 漏極是固定在 4.5V；
• 導通后電流流動方向是：從 D → S（典型 N-MOS 方向）；
• 源極電壓隨著電流流過1kΩ電阻會升高（因為有壓降）；
• 隨著源極電壓升高，V****GS = V****G - V****S 會下降；
• 當 VGS 降到接近 Vth（ 3V）時，反型層開始變窄，溝道電阻變大；
• 這時 MOS 管逐漸接近截止，電流減少。

因為隨著Vg的繼續增大，Vd會越來越小，同時還不滿足導通條件，會從恒流區進入可變電阻區。

其實就是反型層慢慢的變窄，通道變小，電阻肯定就變大了

這時候的MOS其實就是個電阻，會分走原本屬于1k的電阻的電壓，而如果這個電阻很小呢？那么這個Id的電流可能就會很大，MOS管分到的電壓有很大，就會發熱

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解決思路就是防止因電阻電壓慢慢升高而導致Vs的上升，影響到Vgs的大小，從而進入了可變電阻區，如下：

第一種，直接給給電源從5V加到10V，確保Vgs始終大于導通電壓：

• 

第二種：

• 
• 利用電容兩端相對電壓不能突變的特性，這個5V的電池其實本身就是個電容
• 這樣當10Ω的電阻升壓到12V，也就是Vs為12，那么Vg就會是12+5=7V，因為隨著Vs的電壓升高，Vg也必須升高，Vg是接到電源的負極，負極升到12V，電容兩端電壓不能突變，正極也會增加12V，也就是17V

當鍵A閉合，Vs增加到了12V，那么②的電壓就是12，這時候①也會被抬到12，根據電容兩端電壓不能突變，③從原本的12V會被抬到22V，Vg減去Vs還是滿足導通條件

8.Pmos管做電源開關的注意事項

Pmos做開關時，通常S極接電源

9.Pmos防反接電路的工作原理

當沒有控制信號進入的時候，三極管閉合，此時Vbat1的電流是會經過Pmos進入到MCU（寄生二極管），此時二極管壓降0.7V，A點的電壓為11.3V，而由于三極管沒有導通，B點的電壓也是為11.3V

MCU接收到后發送控制信號，三極管導通，R1分壓，這時候B的電壓就是11.3?2≈5.6V，AB點的電壓就是5.6V，也就是說Vgs為5.6V，小于Vth，MOS導通，A電恢復到12V

那么如果Vbat1接反呢？？？也就是12會經過接地線流入到MCU，就MCU不就毀了么，然后并不會，因為MOS的寄生二極管，導致無法形成一個回路，電流無法重新流回Vbat1

10.mos管DS之間的電流是雙向導通的

三極管的ce之間有電流方向，但是mos沒有。

只要mos的gs之間滿足導通條件，mos管DS之間的電流可以雙向導通

中間的反型層，決定了mos管的電流是雙向導通的
反接的電路圖示例如下（Nmos）：

寄生二極管的作用下然mos導通，雖然這樣無法實現一個開關的效果，但是在現有的基礎上加一個mos管就可以了

像左邊這種加法是不行的，還是沒法實現一個開關的效果，當開關沒閉合的時候，下拉電阻會分壓（寄生電容是釋能），讓mos管不是關閉

應該改為左邊的情況，下拉電阻100kΩ不會影響到電路，這樣在開關沒閉合的情況下，回路是沒有電流的，mos管也無法導通，同時這樣也可以抵消掉mos自身的寄生二極管的影響，實現原來的開關效果。

11.MOS管的耐壓

所有的mos管都有最大耐壓值，主要看型號，每個型號耐壓不一樣

DS的耐壓會比較大，GS的耐壓會小很多（大部分是20V）

三、比較器

基本特性在第一點中講過了

1.使用注意事項

比較器的輸出結構主要分為OC||OD（開漏）、推挽輸出三種結構

其中OC和OD要加上拉電阻，推挽輸出不需要加上拉電阻

但是推挽模式也是可以加上拉電阻的，這可以加快mos寄生電容的充放電速度，但是會比較器加大損耗，因為放電的時候，電容放完了，上拉電阻的電流還是會繼續流過比較器到地面

2.輸入信號范圍

比較器的輸入范圍不能夠超出芯片的供電范圍，超過芯片供電范圍可能會工作異常。

可以看出，當負半周的時候，輸出確實一下子變低了，但一下子又變高了，就是因為輸入電壓太低了，導致內部工作邏輯出問題了

3.顫振問題

比較器有偏置電壓，簡單來說就是比較器的兩輸入端本身就存在一定的壓差： 當兩個輸入端電壓相等時，輸出仍然會有一個非零值（高或低），這時需要人為加一個微小差值才能使輸出反轉。

• 理想比較器：輸入 A = B 時輸出正好翻轉
• 實際比較器：輸入 A 必須比 B 高 V****OS（或更低）才翻轉

主要來源：

• 內部晶體管的不對稱；
• 制程工藝中的隨機失配；
• 溫度、電源波動等引入的小電壓漂移。

就是指在電平轉換的瞬間有抖動：

• 若輸入電壓在翻轉點附近緩慢變化（例如斜率很小的鋸齒波），
• 因為比較器的 VOS和輸入噪聲，導致輸出會在翻轉點附近“抖動”（輸出來回翻轉）。

理想的比較器為了避免抖動，通常會加入遲滯（Hysteresis）；

如果沒有遲滯，當輸入在某個點來回抖動，就會導致輸出來回翻轉，非常不穩定。

只要加一個回滯（遲滯）電路就好了：

• 當輸出為高時，通過100kΩ的電阻把電壓反饋到輸出比較器的 V+，提高V+；
• 當輸出為低時，V+也變低，形成“不同的閾值電壓”
• 讓“高電平門檻更高、低電平門檻更低”
• 就假如，原本是以2.5V為基準，高或低一點才能電平翻轉，通過加遲滯電路， 大于 2.6V 才跳到高電平， 小于 2.4V 才跳到低電平 ，這樣在 2.5 附近來回晃也不會跳，因為必須超過 2.6 或低于 2.4才跳

通過正反饋形成遲滯的電路，也稱作施密特觸發器結構。它可以有效防止輸出電平在輸入接近閾值時頻繁抖動或誤觸發，非常適合處理慢變化信號或有噪聲信號。

其實就是 施密特觸發器原理 。

輸出電平	反饋電阻效果	實際比較電壓變成	結果
輸出是高電平	通過反饋電阻“抬高”正輸入端	原本是 2.5V → 被拉高，比如 2.7V	輸入必須高于 2.7V 才能翻轉
輸出是低電平	通過反饋電阻“拉低”正輸入端	原本是 2.5V → 被拉低，比如 2.3V	輸入必須低于 2.3V 才能翻轉

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連接V+和Vout的那個100kΩ就是一個反饋電阻： 比較器中正反饋電阻的作用是設置遲滯電壓（回差電壓）大小，電阻越小 → 正反饋越強 → 遲滯越大

當輸出為高電平（Vout = Vcc） 時：

目標就是讓這個 V? 值等于希望的翻轉電壓（上門檻） ，去反推Rf

也可以從噪聲角度：噪聲越大，Rf要越接近R1，噪聲越小，Rf則相反，要取大一些，不需要太大的反饋