见微知著，以小“控”大的三极管（六）

    三极管这事还有完没完？很遗憾地说，没有。

    三极管就是模拟电子电路的基础中的基础，在根基不牢的情况中，谈上层建筑是不切实际的，之所以把这个玩意翻来覆去，不厌其烦地反复研究，假设，论证，举例，是因为我当初在学习模拟电子电路的时候就是被书上那些不切实际的分类给搞糊涂了，等到真正地上升到应用层面再反回头来研究，发现书上好多东西是强拉因果关系，脱离应用实际的。我急切地希望大家能重新审视一下，站在应用的角度上，建立模拟电子电路的框架。

    废话少说，进入正题，这篇我们花点篇幅来搞定在实际中会应用地到的MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor,金属氧化物半导体场效应管)，也就是我们常说的MOS管。相比于结型管，MOS管更具有实际应用价值，在目前的电路设计中更加常见。我更喜欢将MOS管看做是结型管的又一次技术革新，使用了更加先进的材料，达到了更优的性能。

    相比于结型管，MOS管的改变在于Body（衬底）的出现，而衬底和源极相连，那么所谓的栅源电压实际上就是栅极和衬底的电压，如果衬底是P型，那么漏源极为N型；而如果衬底是N型，那么漏源极就为P型；而漏源极材料决定着导电沟道的类型，按照这个角度来想，MOS管的图形符号也就说得通，其箭头方向一定是P指向N；同理可得，N型管高导通，P型管低导通；而耗尽型MOS管与增强型MOS管区别在于，耗尽型MOS管在制造的过程中，在SiO2绝缘层中预先掺入大量的正离子（P沟道掺入负离子），因此这种管子的栅源电压可正可负。增强型MOS管谈论开启电压（也称门限电压），耗尽型MOS管则有夹断电压；增强型与耗尽型管子都有P,N沟道之分。来几个实现控制功能的例子，并让我来细加说明：

        

    如图所示，2N7002是一种典型的增强型N沟道MOS管，我们希望将RST_X_PON#信号与RST_PON#信号产生关联，当有时序要求时，那就需要用到MOS管来实现80ms左右的延时，稍加分析可以看出，无论RST_PON#是高是低，Q1和Q2之中只有一个管子处于导通状态，这样设计的缺点在于静态工作点不稳定，功耗偏大。

    再来个例子，P型管和N型管直接耦合：

    

    本图所示，是想实现FPGA对网口的管理功能。通过查阅手册可以得知，Si2323是增强型P型管，在这里我们可以得出这么一个结论：当用三极管实现控制功能的时候，可以当做一个反相器来看待。怎么理解呢？事情是这样的，N型管高导通，但是N型管的源极为低电位，导通后受控电压为低（1--->0），不导通则意味着受控电压为漏极电压（0--->1）；对于P型管而言，低导通时意味着漏极与源极电压相同（0--->1），不导通时受控脚悬空；从功能上分析，本例需要高电平控制高导通（1--->1），意味着需要两个反相器协同工作，从第一个例子来看，如果使用两个N型MOS管或者两个P型MOS管，无论高低电平都会有一个管子处于饱和态而另一个处于截止态，这样，如果使用P型管与N型管直接耦合，电路在静态时功耗很小，也避免了两个管子间的电压差造成的影响。

    通过以上的两个例子的比较，我们可以看出来，在硬件电路设计中，所谓的器件选型不单单是厂家，价格，型号，温度范围等因素的选型，更主要的是根据工程师想实现的功能，来在自己的脑海中挑选，筛选，比较并组合，从而选择相应的合适的器件，其中考虑到的因素最主要的是功能，其次包含器件的输入输出阻抗，如何稳定静态工作点，搭配怎样的阻容来优化其幅频特性。

    说两句题外话，我本身水平有限，本来计划一口气将三极管的原理和使用都写下来的，可是在进行总结三极管在模拟电路中电流电压放大作用时遇到了较大的困难，暂时还没能整理出一条能够贯穿放大电路的主线，手边也有不少例子，受限于自身水平的原因还没能整理出一条思路来把剩余的东西讲通顺。我也购买了不少相关书籍，想先自己适当研究一下，结合着应用，争取元旦之前为三极管的这件事结个尾。