我的基于MOSFET的双向电平转换器疯了吗？

出于便宜的考虑，我决定不从Sparkfun订购5v至3.3v电平转换器，而是自己组装。的原始概略使用BSS138 MOSFET，但因为我享受表面安装焊接大约相当于根管治疗，我决定使用一个类似的表面上的MOSFET是通孔安装且容易获得从我的首选供应商。

结果是次优的。将5v线接地时，一切都很好-3.3v端变为0.07v。但是当将3.3v接地时，5v线显示为4.14v左右（否则高于5.1v）。通过仔细阅读所涉及的数据表以及有关该主题的原始飞利浦应用笔记，我开始得出结论，门极阈值电压是问题所在。

通过更改原理图并将MOSFET的栅极连接至5v而不是3.3v，双方似乎都可以正常工作。将任一侧拉低会导致另一侧变低。但是，我完全不相信这实际上是一件理智的事情。我对原始原理图的理解不够深刻，无法形成明智的见解。

修改后的原理图会奏效吗，或者我目前看到的仅仅是good幸，还是释放魔力烟雾的先兆？

简短答案

• 在该电路中，Vth（MOSFET刚接通时的栅极至源极电压）至关重要。Vth应该实质上低于Vh-Vl = 5V-3.3V = 1.7V。

  BSS138的Vth为0.8 / 1.3 / 1.5分钟/典型/最大。
  因此，尽管从1.7> 1.5的角度来看，这已经足够好了，但余量却小得令人不适。

  不幸的是，您选择的替代方案甚至比BSS138还差。
  FQN1N60C的Vth为2 /-/ 4V。即，在最佳情况下，Vth为2V，它高于所需的1.7V，并且它的Vth可高达4V，在此应用中远大于1.7V。 。

  Zetex / Diodes Inc ZVNL110a是Digikey可接受的（仅）TO92 MOSFET 。
  Vth为0.75 /-/ 1.5伏。这与BSS138大致相同。

更长：

• BSS138相对来说是一大堆垃圾。它有它的位置，但在此电路中超出了其安全功能。不幸的是，您选择的替代产品FQN1N60C更加糟糕。

• 您将电压LV提高到等于HV的电压克服了FQN1N60C的高Vth值。

您的原始电路工作不佳的原因是因为FQN1N60C是MOSFET技术的非常遗憾的标本，而您修改后的电路工作得很好的原因还在于FQN1N60C是MOSFET技术的非常遗憾的标本。低Vth MOSFET在原始电路中可以正常工作，而在修改后的电路中将失败。

这是因为在原始电路中，FQN1N60C的Vth对于可用的Vth而言过高，并且无法正常开启。具有足够低Vth的MOSFET将在可用电压下正确导通。在修订后的电路中，您已为FQN1N60C提供了在工作状态下足够的栅极电压，但没有那么多，以至于它会意外地工作。如果您使用的是低Vth MOSFET，那么当它打算关断时，它将被可用的命运电压导通，并且电路将发生故障。

该电路非常聪明，但其智能性取决于MOSFET在TX_LV低时具有足够的栅极电压来驱动它，而在TC_LV高时没有足够的电压来驱动它。当TX_LV为高电平时，通常LV = T_LV，因此MOSFET看不到栅极电压。通过将LV增加到HV，可以在TX_LV为高电平时提供（HV-LV）栅极电压。由于HV-LV = 5-3.3 = 1.7V，因此FQN1N60C不会误触发，因为其实际Vth> 1.7V。

下面是原始的电平转换器电路图。

BSS138是N沟道MOSFET-因此，当其栅极相对于源极为正时导通，通常其漏极高于其源极，当Vds为+ ve时内部二极管会阻塞，而当Vds为负时内部二极管会导通。

正常工作
在TXLV和TXHV为高电平时，栅极处于LV（最初为3V3，源极处于TX_LV = 3.3，因此Vgs = 0，因此FET
处于关闭状态。源极位于TX_LV处，由R3拉至此处）。

从左到右发送逻辑0。
将TX_LV拉低。源= 0V，门= 3V3。因此Vgs = 3V3。因为> Vth，所以BSS138已打开。当源= 0V且FET导通时，TX_HV也将拉至低电平。那很简单 ：-）。

从右向左发送逻辑0。
将TX_HV拉低。漏极=0。通过硬连接，栅极为3V3。
源= 3V3（但请参见下文）因此：Vgs =0。FET关闭。VDS = - 3V3。
但是BSS138具有一个内部二极管S至D。该二极管现在将导通，将TX_LV下拉至一个高于TX_HV的二极管压降。
也容易。

现在用FQN1N60C替换BSS138。
MOSFET的Vth在5V和3V3之间为> >> 1.7V裕度。
现在，在发送逻辑0 LEFT TO RIGHT的情况下，接地源使Vgs = 3V3 = <4V最坏情况。如果真Vth在1.7V左右，则电路将正常工作。

将LV升至5V的工作原理是现在Vgs = 5V。
但是，当TX_LV为高电平时，仍然有5-3.3 = 1.7V的驱动器驱动MOSFET，即使它应该是0V，也是如此。

如果现在更换Vth <1.7V的MOSFET，它将始终导通。即，质量更好的MOSFET表现较差（或根本没有）。“治愈”方法是首先使用Vth <至<< 1.7V的MOSFET。