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                        你不知道的MOSFET

                                1場效應管分類

                                  1.場效應管分為結型場效應管(JFET)和金屬-氧化物-半導體場效應管(MOSFET);

                                  2.結型場效應管(JFET)分為N溝道和P溝道兩種,實際應用中比較少;

                                  3.MOSFET有增強型和耗盡型兩大類,增強型和耗盡型每一類都可分為NMOS和PMOS;一般主板上使用最多的是增強型MOS管,NMOS最多,一般多用在信號控制上,其次是PMOS,多用在電源開關等方面,耗盡型幾乎不用。


                                2場效應管結構

                                  MOS管有三個極,柵極Gate,漏極Drain,源極Source,通常情況下,MOS管的襯底是和S極在管子內部連接在一起的,D極和S極之間一般會有一個寄生二極管;不論是N溝道還是P溝道,寄生二極管方向總是和箭頭的方向一致;N/P溝道場效應管示意圖如下:

                               寄生二極管也叫體二極管,和普通二極管一樣,正接會導通,反接截止,對于NMOS,當S極接正,D極接負,寄生二極管會導通,反之截止;對于PMOS管,當D極接正,S極接負,寄生二極管導通,反之截止。
                        某些應用場合,也會選擇走體二極管,以增大DS之間的壓降(體二極管的壓降是比MOS的導通壓降大很多的),同時也要關注體二極管的過電流能力。
                        當滿足MOS管的導通條件時,MOS管的D極和S極會導通,這個時候體二極管是截止狀態,因為MOS管的導通內阻極小,一般mΩ級別,流過1A級別的電流,也才mV級別,所以D極和S極之間的導通壓降很小,不足以使寄生二極管導通,這點需要特別注意。

                                 3場效應管簡單應用

                                 場效應管屬于壓控型器件,對于增強型的MOS管,當VGS大于一定值時管子就會導通,這里所說的“一定值”是指開啟電壓VGS(th)。

                                 4與三極管的區別

                        1. 開關速度的不同。三極管工作時,兩個PN結都會感應出電荷,當開關管處于導通狀態時,三極管處于飽和狀態,假設這時三極管截止,PN結感應的電荷要恢復到平衡狀態,這個過程需要時間。而MOS由于工作方式不同,不需要恢復時間,因此可以用作高速開關管。
                        2. 控制方式不同。MOS管是電壓控制元件,而三級管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下,應選用MOS管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應選用三極管。
                        3. 導電載流子種類數量不同。電力電子技術中提及的單極器件是指只靠一種載流子導電的器件,雙極器件是指靠兩種載流子導電的器件。MOS管只有多數載流子參與導電,所以也稱為單極型器件;而三極管多數載流子和少數載流子均參與導電,所以稱為雙極型器件。
                        4. 集成能力不同。MOS管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多MOS管集成在一塊硅片上,因此MOS管在大范圍集成電路中得到了普遍的應用。
                        5. 輸入阻抗和噪聲能力不同。MOS管具有較高輸入阻抗和低噪聲等優點,被普遍應用于各種電子設備中。6.MOS管成本要高于三極管,根據兩種元件的特性,MOS管常用于高頻高速電路、大電流場所,以及對基極或漏極控制電流比較敏感的中央區域;而三極管則用于低成本場所。

                                 5串接電阻作用

                                 一、G和S極串聯電阻的作用

                        1. MOS管的輸入阻抗很高,容易受到外界信號的干擾,只要少量的電荷,就能使G-S極間等效電容兩端產生很高的電壓,如果不及時把電荷釋放掉,兩端的高壓容易使MOS管產生誤動作,甚至有可能擊穿G-S極,G、S極間串接電阻,可以防止靜電損壞MOS。

                        2. 提供固定偏置,在前極開路時,可以保證MOS有效關斷。


                                二、G極串聯電阻的作用
                        1. 減緩Rds從無窮大到Rds(on)的變化速度。

                        2. 防止震蕩,一般單片機的I/O輸出口都會帶點雜散電感,在電壓突變的情況下,可能與柵極電容形成LC震蕩,串聯電阻可以增大阻尼減小震蕩效果。

                        3. 減小柵極充電峰值電流。


                             6選型要點

                             1.電壓值

                             D-S間最大耐壓VDS和G-S間最大耐壓VGS,實際使用時不能超過這兩項值,避免損壞MOS管。

                             開啟電壓VGS(th),一般MOS管都是用單片機進行控制,根據單片機的電平來選擇合適導通閾值的MOS管,并且盡量留有一定的余量,以確保MOS可以正常開關。


                             2.電流

                             代表了MOS管的能流過多大電流,反應帶負載的能力,超過這個值,MOS管也會損壞。


                             3.功率損耗

                             功率損耗包括熱阻、溫度。熱阻指的是當有熱量在物體上傳輸時,在物體兩端溫度差與熱源的功率之間的比值,單位是℃/W,熱阻的公式為RθJA= (Tj-Ta)/PD。


                             4.導通阻抗

                             導通阻抗越小,MOS管的損耗越小,一般MOS管的導通阻抗都是在mΩ級別。


                             5.開關時間

                             在高速電路中,盡可能選擇輸入、輸出電容Ciss&Coss小、開關時間Ton&Toff短的MOS管,以保證數據通信正常。


                             6.封裝

                             根據PCB板的尺寸,選擇合適的MOS管尺寸,在板載面積有限的情況下,盡可能選擇小封裝;中低壓小功率的可選擇我司的SOT-23、SOT-23-3/6、SOT-89封裝,大功率的可選擇我司的DFN/QFN系列封裝。



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