MOSFET是一種利用場效應(yīng)的晶體管。MOSFET代表金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，它有一個柵極。為了簡單起見，你可以把這個門想象成一個水龍頭你逆時針旋轉(zhuǎn)水龍頭水開始流出水龍頭，你順時針旋轉(zhuǎn)它水停止流出水龍頭。同樣，柵極電壓決定器件的導(dǎo)電性。根據(jù)這個柵極電壓，我們可以改變電導(dǎo)率，因此我們可以把它用作開關(guān)或放大器，就像我們用晶體管作為開關(guān)或放大器一樣。自20世紀80年代功率MOSFET問世以來，功率開關(guān)變得更快、更高效。幾乎所有現(xiàn)代開關(guān)電源都使用某種形式的功率mosfet作為開關(guān)元件。MOSFET因其低傳導(dǎo)損耗，低開關(guān)損耗而被首選，并且由于MOSFET的柵極由電容器制成，因此具有零直流柵極電流。因此，在本文中，我們將討論打開和關(guān)閉MOSFET的不同方法，最后，我們將查看一些實際示例，以顯示這如何影響MOSFET。

在我們之前的一篇文章中，我們討論了什么是MOSFET：它的結(jié)構(gòu)，類型和工作，如果您想了解MOSFET的基礎(chǔ)知識，可以查看。

MOSFET的基本特性

與雙極結(jié)晶體管或BJT一樣，MOSFET是一個三端器件，三個端子分別是柵極、漏極和源極，柵極控制漏極和源極之間的導(dǎo)通。

從技術(shù)上講，F(xiàn)ET本質(zhì)上是雙向的，但是功率MOSFET在硅級上構(gòu)建的方式在漏極和源極之間增加了一個寄生反并聯(lián)二極管，這使得MOSFET在電壓反轉(zhuǎn)時導(dǎo)電，這是要記住的。大多數(shù)功率MOSFET的原理圖符號繪制顯示寄生二極管

MOSFET可以被認為是一個電壓控制的可變電阻，就像BJT晶體管可以被認為是一個電流控制的電流源一樣。然而，與BJT一樣，該特性不是線性的，也就是說，電阻不會隨著施加的柵極電壓線性降低，如下圖所示，來自流行的IRF3205的數(shù)據(jù)表，而我們正在談?wù)搩?nèi)阻，當(dāng)涉及到內(nèi)阻時，熱量起著關(guān)鍵作用。

在大多數(shù)情況下，這并不重要，因為功率mosfet旨在用于開關(guān)應(yīng)用，盡管線性使用是可能的。當(dāng)使用MOSFET作為開關(guān)時，有幾個重要的考慮因素。

漏源擊穿電壓和漏極電流：

這取決于應(yīng)用功率mosfet的擊穿額定值低至20V，高至1200V，電流范圍從毫安到千安，整整六十年。

門閾值電壓：

這類似于常規(guī)BJT的基極-發(fā)射極電壓，但對于mosfet，該電壓沒有那么明顯的定義。雖然MOSFET可能在相對較低的電壓下導(dǎo)通，但它只能在指定的柵源電壓下承載全電流。這是要小心的事情，因為大多數(shù)mosfet被指定為10V-GS?？商峁┻壿嫾塵osfet，其指定的滿電流為4.5V。

輸入電容:

由于柵極與從漏極到源極的導(dǎo)電路徑是電隔離的，因此它形成了一個小電容器，每次MOSFET開關(guān)打開和關(guān)閉時都必須充電和放電。對于功率mosfet，該電容的范圍可以從數(shù)百皮伏特到數(shù)十納米伏特。

當(dāng)柵極電壓高于源電壓幾伏特時，n溝道m(xù)osfet導(dǎo)通，這些電壓的額定值在數(shù)據(jù)表中提到，漏源電壓以正伏特指定。電流流入漏極并流出源極。p溝道m(xù)osfet在柵極低于源極幾伏特時導(dǎo)通，漏源極電壓為負。電流流入源極，流出漏極。

簡單的MOSFET開關(guān)電路

下圖顯示了N溝道和p溝道m(xù)osfet的最簡單配置。

MOSFET柵極從電源電壓迅速充電，打開它們。但是，如果在打開MOSFET后讓柵極單獨存在呢?一旦電源從柵極移除，MOSFET仍然保持打開!

就像一個普通的電容器一樣，柵極保持其電荷，直到它被移除或通過非常小的柵極泄漏電流泄漏出去，為了擺脫這個電荷，柵極必須放電。這可以通過將柵極連接回源端來實現(xiàn)。但是如果柵極在驅(qū)動電路的作用下漂浮呢?如果雜散電荷在柵極中積累到足以使柵極電壓超過閾值，那么MOSFET就會無意中打開，這可能會損壞下游的電路。出于這個原因，在柵極和源之間看到一個下拉/上拉電阻是很常見的，每當(dāng)柵極電壓被移除時，它就會從柵極移除電荷。無論驅(qū)動類型如何，在MOSFET的柵極之間包括一個上拉/下拉電阻是很好的做法。10K是個不錯的值。

MOSFET柵極驅(qū)動與保護電路

MOSFET的柵極非常敏感，因為將柵極與溝道絕緣的氧化層非常薄。大多數(shù)功率mosfet的額定柵源電壓僅為±20V!出于這個原因，一個齊納二極管橫跨柵極是一個很好的預(yù)防措施。

由于柵極電容與引線的電感相結(jié)合，在開關(guān)時可能導(dǎo)致振鈴，這可以通過在柵極串聯(lián)上添加一個小電阻(10Ω左右)來減輕。最終的MOSFET柵極電路如下圖所示。

MOSFET的柵極通常不吸收任何電流(除了小的泄漏電流)，但當(dāng)用于開關(guān)應(yīng)用時，它應(yīng)該快速打開和關(guān)閉，柵極電容必須快速充電和放電。這需要一些電流，在這些情況下，需要一個柵極驅(qū)動器，它可以采取分立電路，柵極驅(qū)動IC或柵極驅(qū)動變壓器的形式。

我們構(gòu)建了一個簡單的MOSFET作為開關(guān)電路，以顯示n溝道MOSFET(左側(cè))和p溝道MOSFET(右側(cè))如何切換。您還可以查看下面演示如何打開和關(guān)閉MOSFET的視頻。

腳注

MOSFET是一個四端器件，第四個終端是襯底，這是實際的導(dǎo)電硅基，晶體管的其余部分是在上面制造的。該端子通常連接到電路中最負的軌道上(對于n通道器件，也就是說，對于p通道器件反之亦然)，這樣它就不會干擾正常工作。對于功率mosfet，假設(shè)源是最負端的(因為n溝道m(xù)osfet大多用于低側(cè)，將負載切換到地)，因此襯底引腳連接到源。這就產(chǎn)生了上述寄生二極管。如果襯底引腳“爆發(fā)”，將其連接到最負的軌道將確保寄生二極管在正常工作中永遠不會正向偏置。

本文編譯自circuitdigest