【一种MOS常开电路】

一、目标

本文主要讲述一种MOS常开电路。具体电路功能如下:
1、整体是一种开关电路,由MCU的IO控制,IO口配置为OD模式。
2、电路上电后,NMOS管处于断开状态。
3、电路组成有双NMOS管(背靠背,体内二极管朝外,防止倒灌)。
4、电路组成有S8050组成的电平转换和电子开关电路。
5、电路组成有PN_MOS管,上电后NMOS管处于断开状态,PMOS管也处于断开状态。
根据以上描述,能否想象出具体的电路呢?

二、具体电路

在这里插入图片描述

三、电路详解

电路可以分成两组开关电路,电路结构基本相同,区别点在于双NMOS管的D级电压不一样,一个是18V,一个是GND。从而导致G级的电压不一样。下面将以D级电压为18V进行电路讲解。
双NMOS处于断开状态
1、MCU上电后或者还未上电,GATE_A 为低电平,上拉电阻R38会把Q20的B级电压抬高,三极管Q20 S8050导通闭合。将Q20的C级拉成低电平,同时Q17 NMOS关闭。Q17 NMOS的D级为高电平。
2、Q17 NMOS处于关闭状态,电阻R27/R29没有到地回路,所以这条路径上都是24V。Q17 PMOS Vgs =0V,处于关闭状态。
3、Q17 PMOS 处于关闭状态,R50这条路径没有电压存在,所以Q12的G级电位为0V,Q12处于断开状态。

双NMOS处于闭合状态
1、MCU输出低电平,强制将Q20的B级电压限制为0V,三极管Q20 S8050断开。将Q20的C级在电阻R32/R49分压下,Q17 NMOS G级得到接近5V的电压。Q17 NMOS导通。
2、Q17 NMOS处于导通状态,电阻R27/R29到地形成回路,R27/R29对24V进行分压。Q17 PMOS G级电压约6V, Vgs =-18VV,Q17 PMOS管处于导通状态。
3、Q17 PMOS 处于导通状态,R50两端压差为24V,Q12的G级电位为24V,Q12刚闭合瞬间Vgs =24 V(只能初略这样看,不能实际这样理解,Q12 G级在中间,没有电位,但并不等价于GND)。Q12闭合后,Vgs =6V (24 - 18 = 6),能够确保Q12稳定导通。

四、器件说明

1、双NMOS管型号:NCE6005AS
2、PNMOS管型号:AO4620

### 使用MOS管构建门电路的方法和原理 #### 1. MOS管的基本工作原理 MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种电压控制型器件,其基本构造包括源极、漏极、栅极和衬底。通过调节栅极电压,可以改变沟道的导电能力,从而实现电流的关作用[^3]。 #### 2. NMOS与PMOS的区别及其在门电路中的应用 NMOS(N-channel MOSFET)和PMOS(P-channel MOSFET)是两种见的MOS管类型。 - **NMOS**:当栅极相对于源极为正电压时启,允许电流从漏极流向源极。 - **PMOS**:当栅极相对于源极为负电压时启,允许电流从源极流向漏极。 这两种类型的MOS管可以通过不同的连接方式来实现各种逻辑门的功能[^2]。 #### 3. 构建基本逻辑门 ##### (1)非门(NOT Gate) 非门是最简单的逻辑门之一,可以用单个NMOS和单个PMOS串联的方式实现。输入信号接至两个MOS管的栅极,输出端取自两者的公共节点。具体来说: - 当输入为高电平时,PMOS关闭而NMOS,输出接地(低电平)。 - 当输入为低电平时,NMOS关闭而PMOS,输出被拉到电源电压(高电平)。 ```plaintext Input ----| PMOS |---- Output | GND ---| NMOS |--- ``` ##### (2)与门(AND Gate) 与门可以通过组合多个NMOS和PMOS来实现。对于一个双输入与门,需要两个NMOS并联作为下拉网络,以及两个PMOS串联作为上拉网络。只有当两个输入均为高电平时,输出才为高电平;其他情况下,输出为低电平。 ##### (3)或门(OR Gate) 或门的设计类似于与门,只是上下拉网络的位置互换了。即,使用两个NMOS串联形成下拉网络,两个PMOS并联形成上拉网络。只要有一个输入为高电平,输出就为高电平。 #### 4. 复杂逻辑门的实现 更复杂的逻辑门(如异或门XOR)可以通过组合上述基本单元来实现。例如,异或门通由多个与门、或门和非门级联而成。为了提高效率,在某些设计中会直接采用CMOS传输门技术,利用MOS管的双向传导特性简化电路结构。 #### 5. C²MOS结构的应用 C²MOS(Complementary CMOS)是一种优化后的电路结构,用于高性能数字电路设计中。它结合了NMOS和PMOS的优点,能够在降低功耗的同时提升速度。这种结构还可以与其他动态逻辑形式(如下一代多米诺逻辑)配合,形成高效的流水线架构[^1]。 --- ### 示例代码:基于MOS管的简单非门模拟 以下是一个简单的Python脚本,用来演示如何用布尔代数表示非门的行为: ```python def not_gate(input_signal): """Simulate a NOT gate using Boolean logic.""" return int(not input_signal) # 测试非门函数 input_values = [0, 1] output_values = [not_gate(x) for x in input_values] print(f"Input: {input_values}") print(f"Output: {output_values}") ``` 运行此程序将显示输入信号与其对应的反相信号之间的关系。 ---
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