基础知识

三极管是电流控制型器件

三极管的导通，需要在其b极提供电流，才能使ce导通，流过ce之间的电流与b极电流的关系是Ib*β=Ice，这个β称为三极管的放大倍数，从规格书获取，典型值是100，同一个芯片不同Ib的β也是不同的。

MOS管是电压控制型器件

MOS管的导通，以NMOS为例，需要提供一定的Vgs电压，这个参数在规格书中称为Vgs(th)，也就是导通所需要的电压。

分类及引脚定义

从半导体结构上分

按沟道分

电流导通方向

三极管导通方向，NPN：c→e，PNP：e→c

MOS管导通方向

基础应用

NPN三极管和NMOS管

PNP三极管和PMOS管

常用MOS管电平转换电路

电平及电源转换电路是硬件设计中的常见电路，用于将一个电平/电源转换为另一个不同电平/电源，确保外设之间可以正常通信和工作。

基于MOS管的电平转换电路基本模型：

工作原理：

• 从A到B
  A为高电平时，B作为输入，此时为高阻态，MOS管关断，B端通过上拉，输出高电平；A为低电平时，MOS管内的体二极管导通，使MOS管的S极被拉低，考虑体二极管的压降一般为0.7V，Vgs=3.3V-0.7V=2.6V，当Vgs=2.6V>Vgs(th)，MOS管导通，B端被拉低，输出低电平；（MOS管的导通阈值电压一定要小于2.6V），A为高阻态时，MOS管关断，B端通过上拉，输出高电平。
• 从B到A
  B为高电平时，MOS管关断，A端通过上拉，输出高电平；B为低电平时，Vgs=3.3V>Vgs(th)，MOS管导通，A端被拉低，输出低电平；B为高阻态时，MOS管关断，A端通过上拉，输出高电平。

MOS管实现电平转换

需求：使用一个NMOS管就实现双向电平转换功能，且输出电平与输入电平极性相同，具体具体电路见下：

电路分析：

• 当INPUT=0时，NMOS管导通，OUTPUT通过NMOS下拉至GND，此时OUTPUT输出为低电平；
• 当INPUT=1时，NMOS管截止，OUTPUT被R5上拉至VCC_5V0，此时OUTPUT输出为高电平；
• 当OUTPUT=0时，体二极管导通，INPUT为体二极管上压降（约0.7V），可视为INPUT为低电平；
• 当OUTPUT=1时，体二极管和NMOS管均截止，INPOT被R上拉至VCC_1V8，INPIT输出高电平。

用MOS管实现的“I2C总线电平转换电路”，实现3.3V电压域与5V电压域间的双向通讯

工作原理分析，简化来看，留下I2C的一根线来分析就可以了。

分四种情况：

• 当SDA1输出高电平时：MOS管Q1的Vgs = 0，MOS管关闭，SDA2被电阻R3上拉到5V。
• 当SDA1输出低电平时：MOS管Q1的Vgs = 3.3V，大于导通电压，MOS管导通，SDA2通过MOS管被拉到低电平。
• 当SDA2输出高电平时：MOS管Q1的Vgs不变，MOS维持关闭状态，SDA1被电阻R2上拉到3.3V。
• 当SDA2输出低电平时：MOS管不导通，但是它有体二极管！MOS管里的体二极管把SDA1拉低到低电平，此时Vgs约等于3.3V，MOS管导通，进一步拉低了SDA1的电压。