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從無到有,徹底搞懂MOSFET講解(五)

2021-08-21 09:11 作者:張飛實戰(zhàn)電子  | 我要投稿

上面是一個正常情況下,電容兩端電壓的充電波形。但事實上,MOSFET除了在GS端存在電容之外,它還有GD電容,DS電容。那么,GD之間的電容,我們把它稱之為米勒電容,實際上米勒電容有一個米勒效應的。

米勒效應,實際上是有一個固有的轉(zhuǎn)移特性。在這個轉(zhuǎn)移特性里面有什么關(guān)系呢?就是:柵極的電壓Vgs和漏極的電流Id保持一個比例關(guān)系。

其實,對于MOSFET來說,有一個起始開通電壓,叫做Vth。

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當MOSFET達到起始開通電壓Vth之后,Id就開始有電流了,但是這個時候,電流小,然后Vgs電壓繼續(xù)上升,Id也會繼續(xù)上升,當上升到米勒效應的時候,就會發(fā)生固有轉(zhuǎn)移特性。

我們知道了,當gs電容的電壓達到Vth時,Id有電流的,就表示有通路,那么柵極的電壓就有了另一條通路了。

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也就是上面這幅圖中紫色的這條通路。那么GS電容在達到Vth之后,會繼續(xù)上升,當?shù)竭_t2時刻時,Id電流就達到最大了,也可以說電流保持不變是吧。那么,既然漏極的電流保持不變,根據(jù)固有轉(zhuǎn)移特性,是不是柵極電壓也保持不變?。ü逃修D(zhuǎn)移特性:柵極電壓Vgs和漏極電流Id保持一個比例關(guān)系)。

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我們把柵極電壓不變的這段區(qū)域叫做米勒平臺區(qū),而且MOSFET處于放大狀態(tài)。那么會有人有疑問了,既然是達到放大狀態(tài),為什么電流能達到最大值呢?這和內(nèi)阻分析法不是有矛盾嗎?實際上是沒有矛盾的。

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我們用三極管來舉例:

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假設(shè)上面這個三極管處于飽和導通狀態(tài),放大倍數(shù)β=100,當be流過1mA電流時,Ic的電流是100mA。由于三極管處于飽和導通狀態(tài),那么C極的電位是0.3V的飽和壓降,那么,根據(jù)上面這個電路圖來看,如果忽略CE壓降的話,根據(jù)歐姆定律:Ic=12V/100R=120mA。但實際上三極管所能達到的最大Ic電流是100mA。那么,我們來看看三極管飽和導通時的功耗問題。

飽和導通:

Ib=1mA,Ic=100mA

三極管功耗:

b極功耗:0.7V*1mA

c極功耗:0.3V*100mA

很明顯,三極管在飽和導通時,功耗不大。那么,再來看一下三極管放大狀態(tài)時的功耗。

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由于三極管的射極電壓跟隨,輸出電壓是5V,而左邊是12V(忽略100R壓降),那么CE壓差就是7V了。此時三極管處于放大導通狀態(tài),而三極管的be電流還是1mA。

放大導通:

Ib=1mA ??Ic=100mA

三極管功耗:

b極功耗 0.7V*1mA

c極功耗 7V*100mA

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根據(jù)上面的分析,三極管放大狀態(tài)的功耗是飽和狀態(tài)的23倍。三極管在放大導通狀態(tài)下,C極電流是具有100mA的輸出能力的。但是,一般情況下,我們都是降額使用,否則會發(fā)熱損壞掉。所以,三極管工作在放大狀態(tài),就特別要考慮功耗問題。

我們再回到之前的MOSFET放大狀態(tài),對于MOSFET來說,它的Id電流其實是受后級負載決定的,不是工程師所能控制的。但是MOSFET在開通過程中,必須要經(jīng)過這個放大區(qū),只不過這個放大區(qū)功耗特別的大,所以就需要這個放大區(qū)的時間就要特別的短。MOSFET在這個區(qū)域特別危險,壞的最多。

三極管和MOSFET從關(guān)斷到完全飽和導通的過程中,中間必然會經(jīng)過放大區(qū)。為什么說三極管也是經(jīng)過放大區(qū)呢?比如說,我們把三極管設(shè)計在飽和導通狀態(tài)。我們說在理想情況下,三極管的輸入信號是這樣子的。

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但是,這只是理想。事實上,由于受驅(qū)動能力的影響,都做不到90°上升。實際上數(shù)字器件也有一個斜率的問題,只不過有時間的長短。

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嚴格的說,它的波形是一個梯形的,并不是一個方波。

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假設(shè)驅(qū)動電壓上升到一個很小的值,比如說0.7V附近的時候,雖然達到了三極管的開通閾值電壓,但是回路中有一個電阻,電流就很小,小到什么程度呢?大概只有nA級,是一個上升的過程。1nA ?10nA ?1uA ?100uA ?500uA ?1mA最后到飽和導通,但是中間必然經(jīng)過放大區(qū),但是這個放大區(qū)的時間極短。所以說三極管也不怎么容易壞。但是MOSFET它不是,它的時間比較長,所以就容易壞。


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