一个有趣的MOSFET电路-触摸调光电路

来源

刷B站视频,看到一个很新奇的"触摸调光电路",电路图如下:

视频在这里,只使用了3个元件。

刚好最近在学模拟电路的 MOSFET,我之前的理解是 MOSFET 的控制电压应该加在 Gate 和 Source 之间,也就是 栅极和源极 之间,但这个电路图中,控制电压却是在 Gate 栅极 和 Drain 漏极 之间的,这是如何工作的?

我必须用 LTSpice 仿真一把,看下电路是否能工作,如何工作。

LTSpice 仿真

话不多说,上仿真。

查了一下 IRFZ44N 是 N-channel enhancement mode TrenchMOS transistor,Datasheet 在这里

IRFZ44N 的转移特性曲线如下,可以看到Vgsth开启电压在4.5V左右:

LTSpice 的元件库中没有 IRFZ44N ,需要自定义这个MOSFET的模型。

仔细搜索了一下,这里有 IRFZ44N 的 SPICE 模型下载。

下面我们来创建 IRFZ44N 的模型,主要步骤是创建一个符号,让它的模型使用下载的SPICE模型文件。

创建元件的符号(Symbol)

方法是:

1、将模型文件irfz44n.spi 拖拽到 LTSpice 中,打开一个编辑窗口,如下图。

2、创建"元件的符号":右键点击第一行的 .SUBCKT 字符串,选择创建"Symbol",如下:

编辑一下符号,然后保存。可以看到模型路径就是我们打开的 .spi 文件。

查看模型文件路径:

注意自动生成的符号会存放到 LTSpice 的数据目录下:

再稍微调整一下三个管脚的位置,将 G 放到左边、D 放到右边,这样更接近MOSFET符号的常见形式,如上图。

如果追求和常规的MOSFET符号一模一样,可以将一个 nmos 符号的内容复制到 irfz44n.asy 文件中去,然后修改管脚对应关系即可。

仿真电路

很快就画好了仿真电路,如下图,并做2种仿真计算:1、调亮;2、调暗。

先仿真调亮的情况,如下图,I_led 电流的确有一个逐渐升高的过程。可以看到电流很大,所以对于额定电流小的LED还需要串联一个1k的电阻,减少电流,避免烧毁LED。

调暗的情况:

电路分析

当手指连接 port1 和 port2 时,对电容 C1 充电,C1 的正极会带正电,导致 VG 电压升高,当 Vgs > Vgsth 启动电压时,MOSFET 进入线性工作区,Ids 电流变大,LED 亮起,Ids 随 Vgs 电压正向变化。所以当手指连接 port2 和 port3 时,C1 放电,导致 Vgs 下降,Ids 下降,LED 变暗。

疑问

C1 能否接在 G 和 Ground 间呢?我们来仿真一下,看上去也是可以的,只是电流上升的时间非常快而已。

为什么会这样?可能是 C1的 负极 需要通过 MOSFET 的 Drain 和 Source 提供电流,而没有进入线性工作区前,Ids 很小导致 C1 需要较长的充电时间。如果 C1 负极接地,就没有这个限制了,充电时间大大减少。

实际电路

用洞洞板搭建一个实验电路板,非常成功:

1、电压别太高太低,大概在 4V => 6V 之间。

2、MOSFET 可以随便替换,这里我用的是手头的 IN60 N-Channel MOSFET、电容用了1uF的独石电容。

这是我的实验电路视频(刚上传,正在审核中):
https://www.bilibili.com/video/BV1VG411z7Lw/

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