101 从一个错误开始讲场效应管的应用

本文主要是介绍101 从一个错误开始讲场效应管的应用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

前言

写作思路调整下，前期科普的较多，现在开始，讲解最实用的设计思路和用法。还是坚持从整体到局部，从大框架到小应用。

近期几位同学给我提了建议和意见。主要有以下几个：

1、要参加大学竞赛和实验室，无法快速的用上，对基础电路很模糊；

2、马上面临毕业了，找什么样的工作，怎样实习那些岗位适合后续发展。

3、讲的二极管法，当只有一个板子时，不知道怎么使用。

4、知乎专栏的排版很乱，建议用哔哩哔哩:)

解决方案如下：

1、这个马上就开始转变写作方式，采用模块化的电路方式讲解，全部是整体很难快速应用，但是模块化，也就是一个元件作为主要元件，搭建实用的电路，这样既学会了一种电路，又了解了基本电子元件，尝试这种写法。完整的拿一个电路板讲解，前期也做了大量的尝试，只是让大家掌握一种学习技巧，真实的电子工程师、嵌入式工程师，还要对一系列的基本电路了解，其实并不像想象的那样多，我们作为应用工程师，实际上来回就是几种典型电路，不需要把所有的电路都学会，而是要把典型的、常用的、立刻能够应用的实现和理解。

2、只能针对我所擅长的几个领域提供一些建议，不一定正确，即使我说的有点偏了，但是年轻人走一两年弯路也是值得的，另外相信，就专业领域来说，总不至于太偏，后续章节会提供一些思路和技巧，让临近毕业的同学大体有个方向，但是这个一定是分条件的，首先限定人员：家里条件一般，家庭无法提供支援，毫无头绪，那么将我的建议作为参考。如果有亲戚朋友有更好的路子，那么就不要听我的，另外一般你至少有一到两年的试错时间（实际上，有些人哪怕走了很多年弯路，一朝得道，立刻飞速提升），人生经历不是一成不变的，其实经过一定努力和引导，可以跨行业、跨专业成长。所以即使开始选择错了，也不必气馁，总有向上的路走的。

下面是电子工程师需要了解的最基本研发流程，在这个过程中，实际上都有涉及到自己的一部分工作，所以工作不是单一的，而是系统性的，也就是你要学会几种常用的软硬件工具，这样才能站稳脚跟。

很多时候两个人的差异就是在于一两个工具，而不是智力，很多智力超群的，因为对一件东西不感兴趣，也懒得去学某种必须要会的工具，与一个好工作就会失之交臂，这就是机会给有准备的人。从今天开始你就要学会一件事，去了解某个行业、某个职位，所在位置上的人他会什么工具，你就要去学会它，哪怕仅仅是入门，你就能超过90%的人，机会就是你的。而不是只是在脑子里考虑，今天要努力了，明天要加油了，这是假努力，毫无用处，立刻退而结网，例如电子前面我们已经展开讲了，先学会两个工具Altium和proteus，几位同学开始了？？是不是只是浏览了下没有实际动手试试？问几个问题： 1）下载proteus了吗？安装了吗？ 2）它的例程打开看了吗？ 3）实际动手画一两个电路了吗？ 4）上网搜搜它的教程了吗？ 5）看看它的视频教程了吗？不知道你做到了几点，我猜大部分人，第一步都没有做，而是仅仅在空想。不要给自己找理由，你的家庭条件允许吗？不要给自己找理由，你曾经的理想呢？不要给自己找理由，你有要负责的人吗？不要给自己找理由，你是不是该行动了？

是我没有给你罗列学习步骤吗？是我说的不够详细吗？怕是都不是，一个字：懒，两个字：很懒。一句话，大部分人无法超越自己，实际上是思想的巨人，行动的矮子。智力不是问题，现在网上资料大把，就看你做了什么，学了什么。有句话，现在社会傻子太多，骗子不够用。有些商业软件就是要把你训练成不懂脑子的机器人，把你的精力、时间都抢走，然后一茬茬的割韭菜。该醒醒了，计算下，你一天的时间都是浪费在哪里了？

3、没有万能的招数，任何东西都需要一个基础，不可能你一点电路知识也不学习就能行，就如人要走路，第一步你得先站起来，所以有些最基本的知识要学的，但是不是想象中要完全理解，而是带着疑问去实践，也有捷径和方法快速学习，我们这个专栏的目标是加快大家的学习速度，而不是大家躺着就起飞了。针对这个问题，专栏会加快更新，让大家快速掌握一些基本知识。

4、知乎没有目录功能，所以我建立了一个置顶文章，建了个基本目录，哔哩哔哩没去过，所以实在不懂怎么玩，不过我会去学习学习，另外开始就是写的比较乱，就写文章来说，我也是新手，编排还是很初级，正在学习和调整。

从101节的意思，是转换思路，形成第三套文章，主要快速从模块和实用电路学起，可以立即学以致用。

针对模块电路会从几个主要的方面讲解：

1、电路原理

2、仿真测试

3、采用的元件特性，每种元件通常的用法

4、怎样排查故障和问题

5、生产加工要注意的工艺问题

6、其他常规应用

7、包装要求、封装规格等等

这样让大家从研发设计角度、生产加工工艺角度、维修检测角度、其他常规应用等方面都有一个认知，加快学习进度。

101.1 设计了个LED只能开，不能关的控制电路。

用单片机的一个引脚控制一个发光二极管发光。我们先看下用啦哪几种元件：

注意：其中二极管和电阻我贴上的图有贴片元件也有直插元件，现在更常用的是贴片元件。

注意AO3407 （Q1）这个元件就是场效应管（MOSFET），它应该是最常用的开关元件了。记得场效应管主要就是开关的作用。

它有几个特性：

1、开关速度快；

2、体积可以做的很小的情况下，过大电流（因为当它导通时，内部电阻很小）；

3、很微小的电流就能控制它打开关闭。但是施加电压要够。

4、它是静电敏感的器件，所以最好不要用手直接接触，容易损坏，使用过程中要做好防静电措施。

课本上会出现 静态工作点 的概念，实际上静态工作点就是给一个元件的每个引脚提前施加一定的电压和电流，让它处于临界或稳定状态，当需要它工作时，能够快速转化为工作状态。

例如其中的R3 这两个电阻一端连接到5V输出，一端连接到Q1的G极（场效应管三个极 G D S）。

这样提前把G极的电压拉高到5V，P型场效应管（PMOSFET/PMOS)的特点就是，G极高到大于S极，场效应管就关闭，不通电。当G极电压很低贴近0V，就打开给后端供电。基本原理就是G极拉低到0V，Q1打开，电流从S流到D给发光二极管供电，当G拉高到5V，Q1关闭，S到D无电流流动。但是我这个设计出了个错误，就是前面单片机STM32 是3.3V供电的，所以单片机的控制引脚输出电压的范围最高3.3V，最低0V。这样单片机经过R3去控制G极时，最高电压只能达到3.3V，这个电压比5V电压要低，所以SG直接的电压差有5-3.3V = 1.7V 不足以把Q1完全关闭。

你问我怎么知道的，我电路设计出来，嵌入式工程师控制单片机PB0把G拉高到3.3V 后面的发光二极管仍然发光，虽然没有那么亮。实践试检验真理的唯一标准。在我们设计过程中，有时候由于自己认知不到位，或者纯粹是粗心，或者没有把各种条件想清楚，这样的问题是经常出现的。

人脑力有限，每个人的经验都是一定范围内的，没有一个人全知全能，只能减少错误的发生，而不能杜绝，所以大家在做一件事时，有人要你做到十全十美，这是个理想，而不要把它当现实，也不用为此纠结，尽人事而听天命。检查到位，认真到位，因为自身经验不足犯的错误，只是经历，不要焦虑。

哪怕因为一个没想到的错误，被扫地出门，也要懂得和自己和解，记得我们的原则是控制风险的试错，只要在控制范围内，都不是错误，而是经验积累。

有些所谓的领导，因为你的一点小错，就训斥，实际上是有问题的，只要你已经尽你所能，那么这个错误就当锻炼吧！总结下经验教训，来日再战，不要因为这些小错影响心情。

任何事情都是要分情况，我这样说上面一段，有些就是太过于放松，这也是不可取的，要说明的是努力到极限，认真到极限，仍然发生了不可预料的错误，那么就不纠结，而不是让你对待任何事都随心所欲，什么都不重视。凡事有度，相当一部分人从来就没认真过，以上法则不适用：）

那么出了这个错误，如何补救，这就是绝招来了，什么叫控制风险的试错，任何时候我都有A计划、B计划、C计划。

控制风险的试错（轻仓、备份、买保险），备份方案出场。

实际设计电路时我有个习惯（开始做过维修的原因），总是把主电源通路分为各个模块供电，也就是几个主要器件的供电端总会放上一个0欧姆电阻，万一出现短路现象，可以断开这个0欧姆电阻进行排查，这个时候R4这个电阻派上用场了，把R4焊掉，找一根导线讲R4接S极端与3.3V供电相连，完美解决问题。

这个电路是一个演示产品，非正式产品，如果是正式产品，就需要改板，重新进行设计(不允许这样连线/飞线)。

这个开关电路是非常通用的一个电路，AO3407是sot23封装，非常小，但是他可以至少过2A的电流，并且3.3V就完全可以控制器开关，所以可以应用在大量的控制电路中，特别是大量采用3.3V为主供电的产品中，例如stm32系列单片机的应用电路。

但是后端必须是5V，用3.3V不能驱动怎么办？例如LED1，换成一个5V电机的情况，3.3V根本不足以让电机转动，或者其他需要5V的元件。

那么NPN三极管开关电路就出场了：）

一个三极管和上面的PMOS组合使用就可以解决这个问题。

三极管记住是电流驱动型器件（三极管、二极管、LED都是），它需要一定的电流才能控制通断，三极管大家都知道可以工作在三种状态，饱和、截止、放大。

实际上当用它做开关时只利用了两个状态，也就是很快的时间内给他3.3V，或者0V，而不是给他个0.7V施加在B极，这样三极管就处于开关状态了。

我们在大学里学电路花费了大量的章节实际上是在讲它的放大状态。
这个时候又用到了静态工作点了，先让B极大体维持在放大区的电压，这个时候B极来了交流信号时，C极能够跟随B极变化，这就是所谓的工作在放大状态了，这个我们在第一节就说过，三极管是一个小开关控制大开关的器件，施加在B极的电压变化，反应到C极出现了一个大的电压变化，这个大的电压变化实际上第二个很高电压的电压通过一个电阻加到C极的，而不是B极的电压凭空放大到C极。

我们这节主要理解开关电路，三极管的放大暂时不管它。
所以B这点就是3.3V 和0V变化，没有中间状态。

这个时候我们看到了R5这个元件，它是当单片机不控制这个Q2时，让B极这个脚通过R5 接地，所以这个时候B就是0V，所以Q2是不通的。
这是因为stm32和51、AVR这类单片机的引脚是三种状态的，高电平3.3V，低电平0V，还有个状态叫做高阻态。当单片机处于高阻态，不对外部施加控制时，R5这个电阻保证Q2处于关断状态，这样Q1 因为有R2的存在G极处于5V，也是关闭状态。实际上就是让LED处于开始不亮的状态。

假设R5这个电阻一端接到3.3v,一端接到Q2 B极，那么开始单片机不控制时，Q2导通，Q1导通，LED发光。

这两种控制方式都是常用的方式，有些场合让后面的器件先有电，有些场合又不允许它通电。

R3 51R这个电阻，是为了限流，保护单片机的，这个值是要经过计算的，既要保证三极管能够得到足够的电流维持导通，又要不能电流太大烧毁单片机的内部电路。这个要根据单片机的驱动能力核算，实际上有些单片机内部在引脚上串了电阻或者只有微弱的电流输出，这个电阻一旦大了就不足以供给后面电路的供电了，

理解下高阻态，高电平实际上是单片机向外输出电流，低电平0V实际上单片机吸取电流（也就是外部设备电流向单片机引脚，因为单片机内部这个引脚控制接地了，电压低，所以吸取电流），就是这个引脚通路给截断了，既不输出电流，也不允许电流向内流动。

但是有些芯片没有高阻态（例如安卓MTK核心）只有高低电平。

还是理解不透彻，那么建议你把这个简单电路，自己找元器件搭建下，或者到proteus里面仿真下。

这个电路经常用在电源开关电路，也就是Q1能够切断电源，科幻片不是有这个情节吗，关闭一号区电源，关闭二号区电源，全部关闭，重启。

这个就是最常用的电源开关电路，可以把后端电路分模块断电，例如5V要供给好几处电路，或者好几个芯片，那么每个芯片前端接入这个电路，然后用单片机分别控制断电，可以有效降低功耗。

这个电路如何检查故障？

首先用电压法量测三极管和PMOS三个脚的电压，当B高电平3.3V时，那么应该能够量到C变成了0V，当B 0V是，能够量到C变成5V，这是基本的逻辑变化。

当量到G变为5V时，D不应该有电压，当G 0V时D应该变为电压电源5V。

也就是看得懂电路，电压的变化应该符合我们设计的变化。