場效應管MOSFET與BJT的不同之處在于BJT需要向基極引腳施加電流，以便于集電極和發(fā)射極引腳之間流動。另一方面，場效應管MOSFET只需要柵極引腳上的電壓來允許電流在漏極和源極引腳之間流動。場效應管MOSFET在實際設計中具有非常高的柵極阻抗，這就決定了MOSFET的一個特點，非常擅長降低電路的運行所需要的功率。

先來簡單介紹一下場效應管MOSFET。

什么是場效應管MOSFET？

場效應管MOSFET 是具有源極 （S）、柵極 （G）、漏極 （D） 和體 （B） 端子的四端子器件。通常，場效應管MOSFET的主體與源極端子相連，從而形成三端器件，例如場效應晶體管。場效應管MOSFET 通常被認為是一種晶體管，并用于模擬和數(shù)字電路。

場效應管MOSFET的一般結(jié)構(gòu)如下所示：

場效應管MOSFET P溝道場效應管MOSFET和N溝道場效應管MOSFET

P溝道場效應管MOSFET：如果要工作，源極電壓 （VS ） 必須比 柵極電壓 （VG ）大，且柵源電壓（VGS）不能小于漏源電壓 （VDS ）。

N溝道場效應管MOSFET：如果要工作，柵極電壓 （VG ） 必須比源極電壓 （VS ） 大，且漏源電壓 （VDS ）不能小于柵源電壓（VGS）。

下圖為這兩種場效應管MOSFET類型的原理圖符號。

場效應管MOSFET原理圖符號圖

場效應管MOSFET的應用

一、場效應管MOSFET用作開關

MOSFET很容易飽和，這就意味著說，MOSFET完全打開，且非常可靠，可以在飽和區(qū)域之間進行非?？焖俚那袚Q，這就意味著MOSFET可以用作開關，尤其是適用于電機、燈等大功率應用。

在實際應用中，可以使用與大功率設備相同的電源來操作MOSFET，使用機械開關施加柵極電壓。如下圖所示，使用的是N溝道MOSFET。

或者也可以使用電子信號，例如微控制器激活MOSFET。P溝道MOSFET

N溝道MOSFET

N溝道MOSFET開關電路圖

當按下按鈕時，LED亮起。1kΩ 電阻充當下拉電阻，將柵極電壓保持在與電池負極端子相同的電位，直到按下按鈕。這會在柵極施加正電壓，打開漏極和源極引腳之間的通道，并允許電流流過 LED。

P溝道MOSFET

P溝道MOSFET開關電路圖

二、場效應管MOSFET用作電機驅(qū)動電路

N溝道MOSFET

如下圖所示，兩個二極管反向偏置放置在電機觸點和MOSFET漏極/源極引腳上。

N 溝道 MOSFET 電機驅(qū)動電路

P溝道MOSFET

P溝道MOSFET電機驅(qū)動電路

雙向運行控制器

如果想要一個可以雙向運行的電機控制器，就把上面兩個電路結(jié)合起來，如下圖所示。

雙向電機驅(qū)動電路

三、場效應管MOSFET應用在邏輯門電路中

在這之前，先簡單介紹一下邏輯門。

雙輸入與門（AND）

雙輸入與門（AND）是最容易理解的邏輯。如下圖所示。

與門邏輯圖

只有兩個輸入都為高時，與門（AND）的輸出才會為高。如果任一輸入為低電平，則輸出也為低電平。下圖為真值表圖。

與門真值表

與非門（NAND）

下圖為與非門（NAND）的真值表，關于數(shù)字邏輯中的使用的邏輯門，如果大家感興趣，我將在之后的文章進行總結(jié)。

與非門真值表

邏輯門中的MOSFET

由于MOSFET很容易在低電壓和幾乎可以忽略不計的電流下飽和（完全導通），就可以用它構(gòu)建上面的邏輯門，進而構(gòu)建及其可靠的數(shù)字邏輯系統(tǒng)來處理數(shù)據(jù)。

非門（NOT）

如下圖所示。PB1 將兩個 MOSFET 柵極連接到 +6V，但只有 ZVN 會以正電壓打開。但是，當它打開時，它將輸出連接到 GND，因此 + 輸入在輸出處變?yōu)?GND。相反，當我們通過 PB2 將 GND 施加到輸入時，只有 ZVP 打開，將輸出連接到 +6V，再次反轉(zhuǎn)信號。

非門電路圖

內(nèi)部的與非門（NAND）

與非門使用4個MOSFET，如下圖所示。

只有當 SWA 和 SWB 都為高電平（邏輯 1）時，LED 才會關閉（邏輯 0）。

與非門的電路圖

如果將上面兩個圖結(jié)合起來會發(fā)生上面？會不會是負負得正？如下圖所示。

內(nèi)部的與非門

從上圖中可以看出來，外部的與非門（NAND）是與門（AND）的否定，但內(nèi)部的與門（AND）實際上是由一個與非門（NAND）和一個非門（NOT）組成。所以實際上的與門也就是非與非門。

或門（OR）

如下圖所示，或門就是或非門（NOR）和非門（NOT）組成的。

異或門（XOR）

如下圖所示，異或門也就是同或門（XNOR）和非門（NOT）組成。

異或門（XOR）

由上面幾個可以證明，不管什么邏輯門，都可以用有限數(shù)量的與非門構(gòu)成。

四、邏輯電路

這個電路相對來說很簡單，不過需要大量的N溝道和P溝道MOSFET或者邏輯芯片。

在使用邏輯芯片的時候要注意以下幾個點：

1）一定要避免任何靜電積聚或者放電，以免損壞芯片。

2）每個芯片都有一個用于 +V 的公共引腳和一個公共 GND 引腳，這個在原理圖上很容易找到。

3）任何未使用的輸入引腳都應連接到 GND

4）邏輯芯片并不是用于大負載（如電機等）的大電流驅(qū)動器。

下面將從一個簡單的LED閃光燈開始。

LED閃光燈

使用兩個或非門就可以構(gòu)建一個振蕩器。如下圖所示。

振蕩器

如果想要兩個來回閃爍的LED，則LED2和R2都是可以選擇的。不然的話LED1將以R1和C1的值確定速率閃爍開/關。

設置/復位鎖存器

設置/復位鎖存器是時序邏輯的關鍵組件。

一組 8 個鎖存器將形成一個 8 位存儲單元的核心結(jié)構(gòu)。在內(nèi)存中，SR 鎖存器稱為 D 鎖存器（數(shù)據(jù)），它與系統(tǒng)內(nèi)核時鐘一起用于確定何時進行鎖存。具體如下圖所示。

復位鎖存器

上面這個電路更多的是概念演示，因為在實際應用上，通常鎖存器只要一個輸出就夠了，當按下按鈕時狀態(tài)之間的輸出觸發(fā)器時，它們將始終處于彼此相反的狀態(tài)。

當然也可以將此處的一個輸出連接到第二個電路，并且將鎖存器用作第二個電路的“推開”非機械開關。

兩位輸出的半加器

單個的異或門（XOR）可以用作1位二進制加法器，通常添加兩個與非門（NAND），就可以做成一個帶有兩位輸出的半加器。

先做一個或門（OR），如下圖所示，由3個與非門（NAND）門組成。

半加器

在將或門（OR）更改為或非門（NOR），只需要在 U3 的輸出和 LED 之間添加第四個與非門 NAND，并將 U4 的兩個輸入連接在一起就可以了。

再次使用與非門（NAND），可以構(gòu)建一個同或門（XNOR）。

XNOR

將 U5 移除并將 U4 的輸出連接到 R3，就可以得到一個 XOR 門。

單個的異或門（XOR）可以用作1位二進制加法器，通常添加兩個與非門（NAND），就可以做成一個帶有兩位輸出的半加器。

全加器

全加器需要進行一些更改（添加一個異或門（ XOR）、兩個 與非門（NAND） 和一個 或門（OR）），其中添加一個輸入來處理來自前一個加法器的進位信號。然后將幾個加法器堆疊在一起，每個位一個加法器，以構(gòu)建一個加法機。

PB1 是位 A，PB2 是位 B，PB3 是前一個加法器塊的進位位。如果我們只按PB1或PB2，我們是加1+0，只有LED 2會亮，表示值為1。如果我們同時按PB1和PB2，表示二進制加1+1，即二進制10 （表示為 10b）。這將點亮 LED1 并關閉 LED2。如果我們?nèi)缓蟀?PB3 并再添加 1，我們得到 11b，兩個 LED 都亮起。

4位加法器

右邊的第一個塊（帶有 A0 和 B0）可以用半加器交換，而不影響輸出。它只是刪除了第一個全加器上的進位（Cin），無論如何，它在這里連接到 GND。

在這個例子中，我們將兩個 4 位數(shù)字 A 和 B 相加。每個 （A0 和 B0） 的第一位在右側(cè)相加，結(jié)果發(fā)送到 S0，任何進位位 （C1） 發(fā)送到下一個加法器。 然后將 A1 和 B1 以及來自第一個加法器的 C1 相加，結(jié)果進入輸出 S1，任何進位位都在 （C2） 上發(fā)送。最后一個加法器要么顯示最后的進位位 （C4），如果有的話，或者如果沒有空間或它不重要，則忽略它。

4 位比較器數(shù)字鎖

如前所述，異或門（XOR ）可以用作加法器，但它們也是比較器，如果兩個輸入相同，則輸出一個狀態(tài)，如果兩個輸入不同，則輸出反轉(zhuǎn)狀態(tài)。這使我們能夠檢查引腳的狀態(tài)，并僅在正確時進行切換和輸出。

如上面所示，在日常生活中，我們經(jīng)常會用到MOSFET，可以說，MOSFET是當今使用的最重要的電子元件。

如果看到最后的話，應該可以發(fā)現(xiàn)，在這個文章中并沒有提到說MOSFET用在放大電路中。不是不可以用作放大電路，而是根據(jù)我的經(jīng)驗來看，模擬信號放大器任務最好由BJT處理，而快速、大電流開關最好用 MOSFET 。

其實這兩種晶體管類型都有很多例子可以很好地雙向工作。具體怎么使用，還是看大家的電路要求。

審核編輯 ：李倩