0 前言

  三极管，MOS管虽然可以用来设计放大电路，但简单的信号放大一般采用运放或者集成芯片来实现，在数字电路中，三极管和MOS管更多的是作为开关电路来使用，虽然之前课堂有学过，但总是容易忘记，这里做一次总结，以备查找。

1 三极管和MOS管的类型

  先简单复习一下。三极管一般是指BJT，根据极性可划分为NPN和PNP两种。MOS管分为增强型和耗尽型两种，然后各自有N沟道和P沟道两种。增强型和耗尽型的区别就是初始导电沟道是导通还是截止的，增强型是截止的，需要有电压才能导通；耗尽型是导通的，加电压可以使其截止。但是常使用的MOS管还是增强型的，以下的讨论也只针对增强型。

2 三极管

  首先是符号认识，只需记住一点：箭头永远由P指向N，所以像这种

就是NPN。而这种

就是PNP

• NPN三极管在开关电路中常用作下管

  所谓下管，指的是靠近地端，这是因为NPN作为开关电路的控制逻辑就是当基极（b）和射极（e）的电压$U_{be}$达到开启电压$U_{be\_th}$时，集电极（c）和射极（e）才开始导通，当基极电流达到饱和电流时，c和e完全导通，就变成了一个开关，即开、关两个状态分别对应三极管的饱和态和截止态，中间的放大态由于存在不确定性，应在使用中尽量避免。
  常见下管控制电路如下所示

这里需要注意，如果是接入像蜂鸣器这种感性负载，最好是在蜂鸣器两端反向并联一个二极管（蜂鸣器正接二极管负），用于断电之后的续流

• PNP三极管在开关电路中常用作上管

  所谓上管，就是电源端，一般用来控制电源的开断。和NPN差不多，PNP三极管的控制逻辑就是当基极（b）和射极（e）的电压$U_{be}$小于开启电压$U_{be\_th}$时【因为此时两个电压都是负的，值越小绝对值越大】，集电极（c）和射极（e）导通。所以一般用来控制一个“高电平”是否使能，比如：

当这个CTRL引脚为VCC时，三极管截止，VCC_CTRL端没有电压过去；当CTRL为GND时，三极管导通（饱和），VCC_CTRL≈VCC，二者的差值取决于三极管ce两端的压降，一般和二者的电阻大小直接相关。这里需要尤其注意，CTRL的高电平最好和VCC是一致的，或者CTRL电压大于VCC电压。如果VCC=5V，CTRL=3.3V，这个差值如果大于三极管导通电压，就会导致这个开关失效。

3 MOS管

  值得一提的是，用在开关电路时，MOS管和三极管是差不多的，NPN对应N沟道MOS，PNP对应P沟道MOS，控制逻辑也差不多：

这里区分N沟道和P沟道也是看箭头的方向：门极/栅极（G）的左侧那根线代表导电沟道，所以箭头由沟道指向源极（S）的就是P沟道，反过来就是N沟道，没错，这里箭头的指向仍然是P到N。此外，门极右侧那根线的实虚表示MOS管是增强型还是耗尽型，如果是虚线，也就是三段，就是增强型，表示不上电时默认源、漏（D）两极不导通；相反，如果是实线，那就是耗尽型，如下图所示：

  相比于三极管，MOS管最大的优势在于低功耗，因为MOS管的门极，对应三极管的基极，是绝缘的，它是靠电压来驱动，这样门级电流的需求将小一些。但在一些高速应用场景下，对MOS管的开断频率要求很高，就需要格外关注MOS管的一个重要参数：栅极电荷$Q_G$，它表示MOS管完全打开栅极所需要的电荷量。可以把栅极视为一个电容，当栅极给电压时，实际电压值并不是瞬间就上去的，而是有一个充电的过程，充电快慢主要取决于栅极电流的大小，当电压达到MOS管完全导通时充电的电荷量就是栅极电荷。因此，在驱动一些较大的MOS管且要求开断频率很高的场合时，就需要额外增加电流放大的芯片，这样才能较为快速地控制MOS管的开断。

4 应用

  除了上述提到的作为蜂鸣器，LED等的驱动，三极管/MOS管还有一些常见的应用

• 电平转换
  对于3.3V转5V，或者反过来，可以使用三极管或MOS管来转换，常见的电路如下所示。
  
  当IN为高，比如3.3V，三极管导通，OUT输出低；当IN为低，三极管截止，OUT被上拉，输出高，且电平为5V，实现电平转换。但是这样的转换相位是相反的。所以可以把输入端换一个引脚，如下图所示。
  
  这里需要注意在高速场景下尽量使用MOS管，减小栅极电阻大小也有利于提升速度。

  参考链接

• 实现与或非的数字逻辑
  众所周知，数字电路就是基于模拟电路实现的。虽然说逻辑门器件也不会贵很多，但如果手边恰好没有逻辑门，就可以考虑使用三极管来实现与或非的逻辑。

  • 与门
    
  • 或门
    
  • 非门
    
    以上这些参考自这篇文章。但是从上面电平转换的电路可以得到与门设计的启发：利用开漏输出实现线与，如下图所示