多年来，我们知道各种3.3V设备，如ESP8266、ESP32、HC-05蓝牙模块、诺基亚5110 LCD、BMP180气压传感器等。要将3.3V SPI或I2C 3.3伏连接到支持双向通信的5伏设备，如Arduino，解决方案是使用逻辑电平移位器或外部电平移位器。逻辑电平移位器每个总线使用一个BSS138 MOSFET来支持双向电平移位，并保护低电压侧免受高电压侧的影响。本文简要介绍了一种名为BSS138的N沟道逻辑电平MOSFET。


BSS138 MOSFET的替代品有2N7000 2N7002、NTR4003、FDC558、FDC666和BS170。BSS138 N沟道MOSFET的等效物是IRF3205、IRF540N、IRF1010E、2N7000、BS170N、FDN358P（P沟道MOSFET）、BSS84（P沟道MOSFET）。

什么是BSS138 MOSFET？

BSS138是SMD封装中的低电阻（3.5欧姆）和低输入电容（40pF）逻辑电平N沟道MOSFET。MOSFET也可以以20ns的高速进行切换。由于其较高的开关速度和较低的阈值电压，这些MOSFET主要用于电平移位电路。

它是一种紧凑的N沟道逻辑电平MOSFET，具有0.5伏的非常低的阈值电压，这使它适用于所有低电压和电平移动应用。这些MOSFET还具有低输入电容和低导通电阻，使得它们对于开关电路来说是高效的。由于其紧凑性，这些MOSFET通常用于便携式设备，如手机和其他电源管理电路。

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英国标准138

BSS138的规格有点贵，所以要想找到更便宜的替代品，请查看2N7002。然而，需要对MOSFET的导通电阻和阈值电压进行一些补偿。这些MOSFET采用SMD封装，可用于小型应用。MOSFET的主要缺点是漏极电流低。它可以在最大阈值电压下提供200mA的连续电流和高达1A的峰值电流。如果超过，MOSFET就会损坏。

BSS138 MOSFET引脚配置/引脚图：

BSS138是一个3端子或3引脚N沟道逻辑电平MOSFET。BSS138引脚配置/引脚图如下图所示。

Pin Configuration of BSS138
BSS138的引脚配置
  • 引脚1：电源：电流通过该端子流出。
  • 引脚2：栅极：MOSFET偏置由该端子控制。
  • 引脚3：漏极：电流通过该端子进入。

BSS138规范：

这个BSS138规范和特性如下所示。

  • 它是一个N沟道MOSFET逻辑电平，具有低导通状态电阻。
  • 持续漏极电流ID为200mA。
  • 漏极-源极电压VDS为50V。
  • 最小栅极阈值电压VGS是0.5V。
    最大栅极阈值电压VGS为1.5V。
  • 接通状态电阻为3.5欧姆。
  • 开启和关闭时间各为20纳秒。
  • 提供SOT23 SMD封装。

T=25°C时的绝对电气和热特性：

  • 漏极-源极电压VDSS:50V。
  • 栅极-源极电压VGSS：±20V。
  • 持续漏极电流ID:0.22A。
  • 脉冲漏极电流：0.88A。
  • 最大功耗：300mW。
  • 操作和储存接点温度范围：-55°C至+150°C。
  • 用于焊接的最高引线温度：300°C。
  • 热阻：350°C/W。
  • VDS=25V，VGS=0V，f=1MHz:27pF时的输入电容。
  • 输出电容@VDS=25V，VGS=0V，f=1MHz:13pF。
  • 反向传输电容@VDS=25V，VGS=0V，f=1MHz:6pF。
  • 栅极电阻：9欧姆。

电路图/如何使用？

现在，让我们了解电路图/如何使用N沟道BSS138逻辑电平MOSFET作为双向电平移位器。考虑以下电路图，该电路图由带有内部漏极-衬底二极管的BSS138 N沟道MOSFET组成（必须有一个）。将电路分为两部分：左侧或低压侧，以及右侧或高压侧。

BSS138 Mosfet Circuit
BSS138 Mosfet电路

两侧具有不同的电源电压和逻辑电平。将低压侧的总线拉高至3.3伏，设备电源为该侧的3.3伏电源。右侧的总线在5V时被拉高，设备电源为5V。MOSFET的栅极端子必须连接到3.3 V的低电压电源。MOSFET的源极端子和漏极端子分别连接到低电压总线和高电压总线。这个简单的电路起到双向逻辑电平移位器的作用。

现在让我们看看上面的电路是如何作为双向逻辑电平转换器工作的。为了更清楚地了解任务，让我们将其工作划分为3种状态。

待命状态

首先，当没有来自任何一侧的信号时，它将产生高输出信号或将其作为输入。在实践中，这意味着没有什么可以降低信号电平，所以我们需要在两端将输出拉到逻辑高（例如，对于Raspberry Pi为3.3V，对于Arduino为5V）。

栅极-源极结电压VGS（引脚1和引脚2）为0V（均为3.3V），因此MOSFET处于断开状态。因此，LV1侧的输出基于可以拉到3.3V的电阻器R1（10k），并且HV1侧的输出来基于能够拉到5V的R2。所以两端都处于较高的逻辑电平。

3.3伏侧被拉低

如果你想从低电压侧获得低电压的输出，那么通过开路漏极将输出连接到0V。这将Q1的源极拉高至0V和栅极端子处的3.3V，从而使MOSFET导通。然后Q1的高输出（栅极端子处）变低。因此，这导致在高电压侧上的逻辑低电平输出。

5伏侧被拉低

现在让我们了解如何将总线拉低以处理从两侧的高电平到5V侧的转换。现在，通过打开排水管向下拉动末端，较高的一侧具有较低的输出。MOSFET的漏极衬底二极管衬底被下拉（如MOSFET示意图所示），以便它可以从源极流到漏极（当它作为开关工作时，与传导电流相反）。

然后，当源极电压降至栅极电压以下时，MOSFET导通。当MOSFET处于导通状态时，低压侧和高压侧均为0V，在每侧提供逻辑低电平。
当这三种状态组合在一起时，逻辑电平可以在两个方向上移位，因此它可以作为双向逻辑电平移位器工作。

BSS138/在哪里使用？

以下是BSS138的应用程序。

  • 用于低电压和低电流应用。
  • 用于双向逻辑电平移位器电路。
  • 用于DC-DC转换器。
  • 用于需要低导通电阻的应用场合。
  • 用于电子交通应用
  • 用于电源管理应用程序。

请参阅此链接了解有关BSS138 MOSFET数据表的更多信息

因此，这一切都是关于BSS138 N沟道逻辑电平MOSFET的概述。这些被设计为最小化导通状态电阻并提供快速切换性能。这些是更可靠和更坚固的类型，用于低电流和低电压应用，如伺服电机控制、电源驱动电路和其他开关应用。