從無(wú)到有,徹底搞懂MOSFET講解(二)
接下來(lái)我們要講一下開(kāi)通和關(guān)斷的問(wèn)題了。那么,MOSFET如何進(jìn)行開(kāi)通,如何進(jìn)行關(guān)斷呢?以及在這個(gè)過(guò)程中,會(huì)不會(huì)也產(chǎn)生損耗。
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那么在講這個(gè)之前,我再做一個(gè)補(bǔ)充:
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這個(gè)電路是斷路的,一旦GS電容上有電的話,那么DS實(shí)際上是導(dǎo)通的,與有沒(méi)有回路沒(méi)有關(guān)系。正式因?yàn)檫@樣子的一個(gè)特性,那么,我們拿到一個(gè)管子的時(shí)候,我們也不知道這個(gè)管子GS有沒(méi)有電,這個(gè)管子有可能是導(dǎo)通的,放到電路上去焊接的時(shí)候,可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。為了考慮到安全性,我們必須在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候,在MOSFET的G和S之間要加一個(gè)電阻,這樣子就可以讓GS電容進(jìn)行放電,有了這樣的一個(gè)放電回路,不管前面驅(qū)動(dòng)端是高阻態(tài)也好,是斷路也好,反正G和S之間是有回路的,確保管子是關(guān)閉的。
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我們把GS之間接一個(gè)下拉電阻。那么接下來(lái)就要看,這個(gè)下拉電阻的取值。實(shí)際上這個(gè)下拉電阻相當(dāng)于三極管N管的下拉電阻。我們說(shuō),學(xué)習(xí)MOS管,要對(duì)標(biāo)我們大家都熟悉的三極管,這樣就更輕松,更容易理解。
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我們說(shuō),這個(gè)下拉電阻的好處是什么啊?
1.?可以確保B極是兩態(tài)(三態(tài):高、低、高阻態(tài))。 實(shí)際上,我們害怕的就是高阻態(tài)嘛,由于當(dāng)你前面不接的時(shí)候,又?jǐn)嚅_(kāi)了,才有高阻態(tài)。在電路設(shè)計(jì)中,我們從邏輯角度來(lái)講,不是高就是低,這樣子才是最好的,有利于電路的邏輯。
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同樣的,MOSFET加了一個(gè)下拉電阻。
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作用:確保給GS電容提供放電回路——確保關(guān)斷,低態(tài)。
這樣MOSFET就只有兩態(tài),不是高就是低。
另外,下拉電阻,也可以防止雷擊,靜電。
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實(shí)際上,對(duì)于晶體管來(lái)說(shuō),如果沒(méi)有一個(gè)完整的額回路,是不導(dǎo)通的;但是MOSFET不一樣,它不需要一個(gè)完整的回路,也能夠讓它導(dǎo)通。
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接下來(lái)我們研究一下MOSFET的開(kāi)通問(wèn)題:
由于有這個(gè)GS電容的存在,MOSFET的開(kāi)通,肯定就會(huì)有一個(gè)延時(shí)。
那么,我們這個(gè)MOSFET的模型怎么去建立呢?
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我們前面講過(guò)了,MOSFET在導(dǎo)通的時(shí)候,DS之間還有一個(gè)Rdson,導(dǎo)通阻抗。
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問(wèn)題補(bǔ)充:
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我們說(shuō),晶體管這個(gè)地方的下拉電阻是2K,是經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)電路和驗(yàn)證的。
對(duì)于低功耗的電路來(lái)說(shuō),這個(gè)電阻可以取高一點(diǎn),但是不要取的太低。取的太低的話,就有可能導(dǎo)致晶體管不能正常的工作。為什么這么說(shuō)呢?我們可以舉個(gè)例子:
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因?yàn)閎e鉗位電壓,導(dǎo)通之后是0.7V,前提是導(dǎo)通之后,這一點(diǎn)很重要哦。
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電阻分壓后,M電的電位要大于0.7V才行,所以,下拉電阻不能太小。
我們假設(shè)下拉電阻取100Ω:
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那么,M點(diǎn)分壓后小于0.7V,三極管是不會(huì)導(dǎo)通的。所以,下拉電阻不能太小,當(dāng)然也不能太大,否則,對(duì)于高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)來(lái)說(shuō),會(huì)影響它的關(guān)斷時(shí)間。大家在以后的電路設(shè)計(jì)中,如果是頻率相對(duì)較高的開(kāi)關(guān)信號(hào),一般都取2K,就不用再考慮其他的了。
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我們?cè)賮?lái)看MOSFET的下拉電阻,取多少呢?我們知道三極管的閾值電壓是0.7V,而MOSFET的閾值電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.7V,其實(shí)這里的阻值選取跟這里閾值電壓有關(guān),如果這里取小了,那么分壓之后,一直在它的平臺(tái)電壓,那這個(gè)MOSFET肯定也是不行的。所以,MOSFET一般地下拉電阻取值可以取大一點(diǎn),這樣MOSFET開(kāi)通就不會(huì)產(chǎn)生影響,而MOSFET的放電更多的是靠前面進(jìn)行放電,也沒(méi)事的對(duì)吧。當(dāng)然,這個(gè)電阻也不能太大,否則靜電雷擊也會(huì)對(duì)MOSFET造成損壞。
MOSFET下拉電阻選取原則:
1.?太小,則功耗大,也不利于管子的導(dǎo)通;
2.?太大,則不利于靜電、雷擊等,這是因?yàn)閮?nèi)阻大。
3.?GS下拉電阻范圍10K~100K,原則上講,高壓系統(tǒng)可以取大一些,低壓系統(tǒng)可以取小一些。正常情況下,建議大家取18K ?20K。(后面談到米勒效應(yīng)的時(shí)候,需要研究這個(gè)電阻)
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我們?cè)賮?lái)看上面這幅圖中的電容,這是我們等效出來(lái)的MOSFET模型里面的Cgs電容。實(shí)際上,在G和D之間也有一個(gè)電容,這個(gè)電容我們叫它米勒電容,Cgd,它還有另一個(gè)名字Crss。同樣的,在D和S之間也有一個(gè)電容,Cds。
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Ciss ?輸入電容:Ciss = Cgd + Cgs
Coss 輸出電容:Coss = Cgd + Cds
Crss ?米勒電容:Crss = Cgd
上面這幅圖是MOSFET的等效模型,這幾個(gè)電容都不是我們想要的,但都是客觀存在的。
接下來(lái)我們要研究一下Ciss。一般我們?cè)跍y(cè)試Ciss時(shí),是需要把DS端直接短路掉的,然后在控制極G端輸入一個(gè)交流信號(hào),這樣的話,就有2個(gè)回路了,一個(gè)是經(jīng)過(guò)Cgd,一個(gè)是經(jīng)過(guò)Cgs。
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既然有2個(gè)回路,那么我們就認(rèn)為Cgd和Cgs是并聯(lián)的關(guān)系,電容并聯(lián)容值是不是相加啊,所以Ciss = Cgd+Cgs,這樣就把Ciss測(cè)量出來(lái)了。
如果我們來(lái)測(cè)輸出電容呢?是不是把GS進(jìn)行短路?。?/p>
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同樣的道理,一般我們?cè)跍y(cè)試Coss時(shí),是需要把GS端直接短路掉的,然后在控制極D端輸入一個(gè)交流信號(hào)。是不是相當(dāng)于Cgd 和 Cds并聯(lián)啊,那么這就是輸出電容Coss = Cgd + Cds。
最后,測(cè)量米勒電容時(shí),需要把S端接地,測(cè)漏極到柵極的特性。那么,米勒電容是隨著漏極電壓的升高而降低的,最后變成0了。