三極管和MOS管下拉電阻的設(shè)計(jì)

關(guān)于三極管

簡(jiǎn)單講解一下三極管，如果三極管工作在飽和區(qū)(完全導(dǎo)通)，Rce≈0，Vce≈0.3V，且這個(gè)0.3V，我們就認(rèn)為它直接接地了。那么就需要讓Ib大于等于1mA，若Ib=1mA, Ic=100mA，它的放大倍數(shù)β=100，三極管完全導(dǎo)通。如下圖，是一個(gè)NPN三極管。三極管基礎(chǔ)知識(shí)參考文章：四句口訣，玩轉(zhuǎn)三極管! 三極管屬于電流型驅(qū)動(dòng)元器件，因此一般在基極都會(huì)串一個(gè)限流電阻，一般小于等于10K，但是在基極為什么會(huì)下拉一個(gè)電阻呢?舉例說(shuō)明。如下圖，是溫度開(kāi)關(guān)控制馬達(dá)電路圖。

如圖是溫度開(kāi)關(guān)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)和停，溫度開(kāi)關(guān)相當(dāng)于一個(gè)按鍵開(kāi)關(guān)。在B極串個(gè)開(kāi)關(guān)，N管就能夠做個(gè)開(kāi)關(guān)管使用。圖中馬達(dá)是一個(gè)直流有刷馬達(dá)，只要正極接通12V，負(fù)極接地，馬達(dá)就開(kāi)始轉(zhuǎn)。 當(dāng)溫度開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，回路I流過(guò)的電流的為

三極管CE完全導(dǎo)通，Vce ? 0.3V，這時(shí)候，馬達(dá)兩端的電壓壓降接近 12V,它就能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)槿龢O管be的導(dǎo)通后阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于2K電阻R2，所以電流大部分流過(guò)三極管;當(dāng)溫度開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，ib 就沒(méi)有電流，ic 也沒(méi)有電流。 由于溫度開(kāi)關(guān)在關(guān)斷的瞬間，三級(jí)管ib、ic上的電流并不能夠一下子降到零，而是慢慢降到零，這是制造工藝必然存在的，在這段時(shí)間，三極管是工作在放大區(qū)，是最容易受到干擾。因此需要接個(gè)下拉電阻R2，這個(gè)電阻一是給三極管提供了個(gè)放電回路，二是為點(diǎn)A提供一個(gè)能量分散的通路。放電回路怎么理解? 如下圖三極管寄生電容，三極管實(shí)際工藝制造模型，三極管BE、BC、CE之間分別有電容C1、C2、C3。這三個(gè)電容的存在一方面是我們不需要的，另一方面，又是工藝中無(wú)法避免克服的，是制造工藝過(guò)程中必然存在的現(xiàn)象。我們把這種電容一般稱之為雜散電容，或者說(shuō)是寄生電容。 由于有電容的存在，三極管勢(shì)必有延時(shí)。當(dāng)ib沒(méi)有電流時(shí)，電容C1開(kāi)始放電，形成回路I，這個(gè)時(shí)候B點(diǎn)的電壓從0.7V降到0V，工作在放大區(qū)，最容易受到干擾，在C1兩端加個(gè)電阻R2，電容上的電一部分就會(huì)從電阻R2上釋放掉，并且電阻阻值越小，電容放電越快。因此，電阻R2給電容提供了一個(gè)通路釋放電荷，大大減短了三極管工作在放大區(qū)的時(shí)間。

給能量提供一個(gè)分散通路怎么理解? 為什么說(shuō)電阻 R2 為點(diǎn)A提供了一個(gè)能量分散通路。如圖2所示，溫度開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，此時(shí)點(diǎn)A是懸空的，A點(diǎn)電壓不確定，為高阻態(tài)(阻抗無(wú)窮大)，容易出現(xiàn)誤導(dǎo)通的現(xiàn)象，而且也容易受到周?chē)h(huán)境干擾，比如靜電、雷擊等使器件永久損壞。 當(dāng)使用環(huán)境出現(xiàn)雷擊，高壓靜電等情況，在點(diǎn)A下拉一個(gè)電阻接到地，大部分電流就會(huì)順著電阻流入地，給能量提供一個(gè)分散通路。如果沒(méi)有接這個(gè)電阻，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，由于A點(diǎn)左邊阻抗無(wú)窮大，A點(diǎn)右邊接三極管，阻抗相對(duì)左邊來(lái)說(shuō)是很低的，因此電流會(huì)全部往阻抗低的方向跑，流入三極管，造成電流過(guò)大，使器件永久性損壞。關(guān)于MOS管 由于篇幅限制，關(guān)于MOS管基礎(chǔ)知識(shí)，移步此處：MOS管基本認(rèn)識(shí)。下拉電阻的作用有兩個(gè)：

防止在靜電作用下，電荷沒(méi)有釋放回路，容易引起靜電擊穿

MOS管在開(kāi)關(guān)狀態(tài)工作時(shí)，就是不斷的給Cgs充放電，當(dāng)斷開(kāi)電源時(shí)，Cgs內(nèi)部可能儲(chǔ)存有一部分電荷，但是沒(méi)有釋放回路，MOS管柵極電場(chǎng)仍然存在且能保持很長(zhǎng)時(shí)間，建立導(dǎo)電溝道的條件沒(méi)有消失。在下次開(kāi)機(jī)時(shí)，在導(dǎo)電溝道的作用下，MOS管立即產(chǎn)生不受控的巨大漏極電流Id，引起MOS管燒壞

三極管和MOS管介紹三極管和MOS管是兩種較為常用的半導(dǎo)體元器件，它們都是只有三個(gè)引腳。三極管有NPN和PNP型，三個(gè)電極分別為：基極B、集電極C，發(fā)射極E;MOS管有漏極D、源極S、柵極G三個(gè)電極，其中中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是P溝道的MOS管。

三極管一般應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)放大電路、電平轉(zhuǎn)換電路等，而MOS管多用于放大電路、開(kāi)關(guān)電路，有時(shí)候兩者可以起到同樣的效果，例如在小負(fù)載的開(kāi)關(guān)電路當(dāng)中。

二、三極管與MOS管加下拉電阻作用1、對(duì)于三極管

三極管屬于電流型驅(qū)動(dòng)元器件，因此一般在基極都會(huì)串一個(gè)限流電阻，一般小于10K，比較典型值有3.3K、4.7K、5.1K、6.8K等，但是在基極為什么會(huì)下拉一個(gè)電阻呢?

如下圖是三極管8050開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)I/O口輸出高電平時(shí)候三極管才會(huì)導(dǎo)通，輸入低電平時(shí)候三極管不會(huì)導(dǎo)通，但是基極B這里有一個(gè)68K的下拉電阻，也就是說(shuō)如果I/O口沒(méi)有輸出高電平時(shí)候，基極一直會(huì)被拉低，也就是說(shuō)處于截止?fàn)顟B(tài)，如果沒(méi)有這個(gè)電阻，電路有可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)，特別是在一上電瞬間初始化，很容易產(chǎn)生噪聲，容易引起三極管誤動(dòng)作，特別是對(duì)于一些通用的輸入/輸出口，因此這個(gè)電阻其實(shí)是偏置電阻，使得沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)候基極被拉低，使得電路更加可靠。

雖然加下拉可以使得電路更加可靠，但是這個(gè)電阻不能過(guò)大也不能過(guò)小，太大的話會(huì)使得基極的電流不足以驅(qū)動(dòng)三極管，過(guò)小的話會(huì)導(dǎo)致偏置電壓小于三極管d導(dǎo)通電壓，一般這個(gè)電阻不大于100K。

有時(shí)候我們會(huì)看見(jiàn)在這個(gè)電阻會(huì)并聯(lián)一個(gè)電容，其實(shí)這一般在高速信號(hào)開(kāi)關(guān)電路會(huì)這樣設(shè)計(jì)，加一個(gè)電容可以使得性能提高。如下圖所示

三、對(duì)于MOS管與三極管不同的是，MOS管屬于壓控型元器件，也就是由電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，我們都知道，MOS管兩兩引腳之間存在寄生電容，其實(shí)MOS管導(dǎo)通的實(shí)質(zhì)就是電容的充放電作用，因此對(duì)于N型MOS管，當(dāng)Vgs大于一定的值時(shí)候就會(huì)導(dǎo)通，而對(duì)于P型的MOS管，當(dāng)Vgs小于一定的時(shí)候值就會(huì)導(dǎo)通。

因此，由于三個(gè)引腳彼此之間存在電容效應(yīng)，在MOS管不斷關(guān)斷時(shí)候，寄生電容電壓可以得到適當(dāng)?shù)姆烹?，這類似于泄放電阻的作用，對(duì)于MOS管來(lái)說(shuō)是一種保護(hù)。