Mosfet使用情况以及P通道与N通道

我正在尝试使用Arduino启用/禁用12V电磁铁。我使用了H桥，并且可以正常工作。然后，我决定简化事情，并获得单个mosfet而不是多通道H桥，这让我感到非常困惑。我试图了解在此设置中使用P通道（或N通道）mosfet的正确方法，并在Google上遇到了以下示例电路：

为什么要使用另一个晶体管（2N3904），为什么在负载两端需要一个二极管？

我知道当变高（高于 +）时，P通道被激活，因此被上拉，但是为什么要增加晶体管呢？MCU（在这种情况下为PIC）不应该做同样的事情吗？$V_{gate}$$V_{source}$$V_{drain}$

另外-在我正在做的是打开或关闭负载（例如我的螺线管）的情况下，是否有理由使用N通道还是P通道？

比较电路中P和N沟道MOSFET的作用。

（我留了结晶体管以帮助比较。）

PIC输出不喜欢连接到12V，因此该晶体管充当缓冲器或电平开关。PIC的任何大于0.6V（ish）的输出都会使晶体管导通。

P沟道MOSFET。（负载连接在漏极和地面之间）

当PIC输出为LOW时，晶体管为OFF，P MOSFET的栅极为HIGH（12V）。这意味着P MOSFET截止。

当PIC的输出为高电平时，晶体管导通并将MOSFET的栅极拉至低电平。这将使MOSFET导通，电流将流过负载。

N沟道MOSFET。（负载连接在漏极和+ 12V之间）

当PIC输出为LOW时，晶体管为OFF，P MOSFET的栅极为HIGH（12V）。这意味着N MOSFET导通，电流将流过负载。

当PIC的输出为高电平时，晶体管导通并将MOSFET的栅极拉至低电平。这将关闭MOSFET。

“改进”的MOSFET电路。

我们可以通过使用数字N MOSFET类型来消除该晶体管-它只需要来自PIC输出的0-5V信号即可工作，并将PIC输出引脚与12V电源隔离。

当PIC输出为高电平时，MOSFET导通；当PIC输出为低电平时，MOSFET截止。这与原始P MOSFET电路完全相同。串联电阻已做得较小，可以通过更快地对栅极电容充电或放电来辅助导通，关断时间。

器件的选择基本上取决于您的设计需求，尽管在这种情况下，数字N型MOSFET在简单性方面不容小win。

双极晶体管用作MOSFET的驱动器。尽管对于直流电，MOSFET具有很高的电阻，因此看起来像开路，但实际上是电容性的。为了接通电源，必须将电荷转移到其中，而快速进行充电需要电流驱动。

BJT（以及整个电路设计）还具有以下优点：较小且可预测的导通电压。您可以在其中替换不同的BJT，其行为将相似。

额外晶体管的另一个优点是，额外晶体管级具有电压增益，从输入端的角度来看，这有助于创建从截止到导通的更陡峭的过渡。

为了使用小的正信号接通电路，必须使用NPN晶体管。但是，此输出在高端负载下被反相，因此使用了P沟道MOSFET。这还有一个不错的功能，那就是负载是从正极控制的，因此在晶体管关闭时仍保持接地。

MOSFET的原理图符号看起来像是耗尽器件（因为沟道被画成实线，而不是三个部分）。这可能只是一个错误。该电路看起来像是常规的增强模式设置。

当栅极变为低电平时，P沟道MOSFET激活。它是“颠倒”绘制的。认为它类似于PNP BJT。

当晶体管/开关断开时，“飞轮”二极管完成用于感性负载的电路。电感器试图使相同的电流流向相同的方向。通常，该电流流经晶体管环路。当突然断开时，它会流过二极管环路，从而使其通过负载的方向相同，这意味着相反的方向流过二极管。为了使电流连续发生，电感器必须产生“反电动势”：一种电压的方向与之前施加的方向相反。

您应该在栅极到地面之间增加一个4k7，以避免在io引脚为高阻抗或未连接时FET导通。在这种情况下，您只需要简单地充电即可激活mosfet，即使栅极引脚上没有电源，它也可能持续驱动电路。

1. 为什么还要使用另一个晶体管（2N3904）？-使栅极驱动器的阻抗不低于10k。10k电阻器和BJT实际上是可选的，但如果添加的话，则非常美观。编辑：糟糕，PWM正常工作至关重要。它会反转数字信号，PNP才能按照您希望的方式工作。如果可以在输出之前将控制信号反相，则仍然可以省略BJT。

2. 为什么在负载两端有一个二极管？-因为一旦关闭，感性负载（电磁阀，电动机等）会导致电流沿另一个方向流动。当您使用PWM进行控制时，它基本上可以快速打开和关闭。您打开电动机，转子开始旋转，关闭转子，转子仍然旋转，然后作为发电机使电流朝另一个方向流动。这种反极性会损坏组件，但一旦添加二极管，该极性立即被消除。

这直接关系到MOSFET的理论。该图显示了一个使用肖克利方程的耗尽型MOSFET：ID = IDSS（1-VGS / VP）^ 2。显然，微控制器的工作电压为5伏，如果直接将其用作栅极电压，则无法从电源获得最大电流（高于12伏）。为此，第二晶体管既充当缓冲器又充当隔离器。关于二极管：该二极管几乎总是用于包含线圈的负载（作为电动机或继电器）。目的是抑制由线圈作为电感器产生的反向电流。反向电流会损坏您的MOSFET。

让我解释一下二极管部分：假设我们有一个开关连接到电阻，然后连接电感。（SW-RL-> Ground）。当开关打开得非常快时就会出现问题，这意味着电路中会突然出现零电流，但我们知道电感器不会让突然出现的零电流（VL = L di / dt）。这意味着电感器寻找一种短路电流的方式，唯一的方法是在开关的两端之间产生“火花”。通过将直流电源连接到小型直流电动机，可以看到这种现象。我们可以看到虽然电动机不是在高压下工作，但是通过用电源线触摸其电线，会看到“非常明显的火花”。通过用晶体管替换开关，会发生相同的情况，并且这些连续的火花导致损坏晶体管。