MOSFET作为开关

在本教程中,我们将了解MOSFET作为交换机的工作。亚博彩票下载在MOSFET教程中,我们也看到了MOSFET的基础知识,它的类型,结构以及MOSFET的一些应用。

MOSFET在电力电子领域的重要应用之一是它可以配置为简单的模拟开关。亚博最新官网网址在这种模拟交换机的帮助下,数字系统可以控制模拟电路中的信号流。

在进入MOSFET如何充当开关的详细信息之前,让我通过MOSFET的基础知识,其运行区域,内部结构等。有关MOSFET的更多信息,请阅读Mosfet.教程。

MOSFET简介

与双极结晶体管(BJT)不同的MOSFET或金属氧化物半导体场效应晶体管是单极装置,其意义上是它仅在传导中使用多个载波。

它是一种场效应晶体管,具有来自通道的绝缘栅极(因此,有时称为绝缘栅FET或IGFET),并且栅极端子处的电压确定导电性。

讲述终端,MOSFET通常是一个3终端设备,其是栅极(G),源极和漏极(D)(即使有名为衬底或主体的第四端子,通常也不用于输入或输出连接)。

MOSFET符号

MOSFET可以分为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。每一种类型进一步分为n通道MOSFET和p通道MOSFET。

这些类型的mosfet的符号如下图所示。

MOSFET作为开关MOSFET符号

The main difference between Enhancement Mode MOSFET and Depletion Mode MOSFET is that in depletion mode, the channel is already formed i.e., it acts as a Normally Closed (NC) switch and in case of enhancement mode, the channel is not formed initially i.e., a Normally Open (NO) switch.

MOSFET的结构

MOSFET的结构根据应用而变化,即,在IC技术中的MOSFET是相当横向的,而功率MOSFET的结构更多的是一个垂直通道。不管应用如何,一个MOSFET基本上有三个终端,即栅极、漏极和源极。

如果我们考虑一个n沟道MOSFET,源极和漏极都是由n型构成的,它们位于p型衬底中。

MOSFET作为开关MOSFET结构

MOSFET的工作

现在让我们来了解n通道增强模式MOSFET是如何工作的。为了携带漏极电流,在MOSFET的漏极和源极区域之间应该有一个通道。

当栅极和源端子之间的电压v时,会产生频道GS.是否大于阈值电压VTH

当V.GS.> V.TH,根据漏极和源极端子频率V的电压,据说该器件处于三极管(或恒定电阻)区域或饱和区域。DS

对于任何V.GS.第五,如果DSGS.- V.TH然后,该设备处于三极区域(也称为恒定电阻或线性区域)。如果V.DS> V.GS.- V.TH,然后设备进入饱和区域。

当V.GS.TH,然后设备处于关闭状态。操作区域中的栅极电流非常小(几乎等于零)。因此,MOSFET称为电压驱动装置。

MOSFET特性曲线

下图显示了MOSFET在三个工作区域的特性曲线。它描述了漏极电流ID对漏源电压VDS对于给定门来源电压VGS.

MOSFET作为开关MOSFET特性曲线

MOSFET的工作区域

基于上述MOSFET的工作,可以得出结论,MOSFET具有三个操作区域。他们是:

  • 截止地区
  • 线性(或三极管)区域
  • 饱和区域

MOSFET在截止区域时操作vGS.TH.在这个区域,MOSFET处于OFF状态,因为漏极和源极之间没有感应通道。

对于待诱导的通道和MOSFET在线性或饱和区域,VGS.> V.TH

栅极漏极偏置电压VGd.将决定MOSFET是处于线性还是饱和区域。在这两个区域,MOSFET是在ON状态,但差异是在线性区域,通道是连续的,漏极电流是成比例的阻力的通道。

饱和区域,如vDS> V.GS.- V.TH,通道夹断,也就是说,它变宽,导致一个恒定的漏极电流。

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半导体开关是电子电路中的一个重要方面。像BJT或MOSFET这样的半导体器件通常作为开关操作,即它们要么处于ON状态,要么处于OFF状态。

理想的开关特性

对于一个半导体器件,如MOSFET,作为一个理想的开关,它必须具有以下特性:

  • 在状态期间,携带的电流量不应该有任何限制。
  • 在关闭状态下,阻塞电压不应该有任何限制。
  • 当设备处于状态时,应有零电压降。
  • 关闭状态阻力应该是无限的。
  • 设备的运行速度没有限制。

MOSFET作为交换机理想的开关特性

实际的开关特性

但这个世界并不理想,它甚至适用于我们的半导体开关。在实际情况下,像MOSFET这样的半导体器件具有以下特性。

  • 在ON状态下,电源处理能力受到限制,即有限的传导电流。在OFF状态下的阻塞电压也是有限的。
  • 有限打开并关闭时间,限制开关速度。最大工作频率也有限。
  • 当设备接通时,将有一定的状态电阻导致正向电压降。还有有限的状态电阻,导致反向漏电流。
  • 实际的开关经历在状态下,关闭状态和在过渡状态期间(ON OFF或OF)期间的电力失去。

MOSFET作为开关的实用开关特性

MOSFET作为开关的工作原理

如果你了解MOSFET的工作和它的操作区域,你可能已经猜到一个MOSFET如何作为一个开关工作。我们将通过考虑一个简单的例子电路来理解MOSFET作为开关的工作原理。

MOSFET作为开关电路

这是一个简单的电路,其中N沟道增强模式MOSFET将打开或关闭光线。为了将MOSFET操作为开关,必须在截止和线性(或三极管)区域中操作。

假设设备最初关闭。跨栅极的电压和源I.,VGS.是适当的积极(技术上,vGS.> V.TH),MOSFET进入线性区域,开关打开。这使光打开。

如果输入栅极电压为0V(或技术上TH)MOSFET进入截止状态并关闭。这反过来会使光线关闭。

MOSFET作为开关的示例

考虑这样一种情况,你想用微控制器数字控制一个12W LED (12V @ 1A)。当你按下连接到微控制器的按钮时,LED应该会打开。当你再次按下相同的按钮,LED应该关闭。

很明显,您无法在微控制器的帮助下直接控制LED。您需要一个桥接微控制器和LED之间的间隙的设备。

该设备应采用微控制器的控制信号(通常该信号的电压在微控制器,5V的工作电压范围内,并为LED供电,在这种情况下,该电源来自12V电源。

我将要使用的器件是一个MOSFET。上述场景的设置如下图所示。

当一个逻辑1(假设一个5V微控制器,逻辑1是5V和逻辑0是0V)被提供到MOSFET的栅极,它打开并允许漏极电流流动。因此,LED是打开的。

类似地,当给予MOSFET的栅极时,它关闭并且又转过LED。

因此,您可以通过微控制器和MOSFET的组合对高功率器件进行数字控制。

重要的提示

需要考虑的重要因素是MOSFET的功耗。考虑一个带流量的MOSFET到源电阻0.1Ω。在上面的情况下,即由12V电源驱动的12W LED将导致漏极电流为1A。

因此,MOSFET消散的功率是p = i2* r = 1 * 0.1 = 0.1W。

这似乎是一个低的值,但如果你使用相同的MOSFET驱动电机,情况略有不同。电机的起动电流(也称为涌流)将非常高。

MOSFET作为开关电机控制

因此,即使RDS为0.1Ω,在电机启动期间耗散的功率仍然明显高,这可能导致热过载。因此,R.DS将是一个关键参数选择一个MOSFET为您的应用。

此外,当驱动电机,反电动势是一个重要的因素,必须考虑时,设计电路。

使用MOSFET驱动电机的主要优点之一是可以使用输入PWM信号来平稳地控制电机的速度。

结论

MOSFET的完整初学者教程作为开关。您学习了MOSFET的一些重要基础(其内部结构和操作区域),理想的与实际半导体开关,MOSFET作为开关的工作,以及耦合的示例电路。

3回复

  1. 在上面的例子中,什么MOSFET数据,你在规格表中寻找?在上面的例子中,你有什么MOSFET的例子吗??(数字部分)

  2. 许多MOSFET不能直接从微控制器驱动。许多需要“电荷泵”,大大增加了电路的复杂性。因此,对于这种漂亮而简单的电路,一些合适的部件号将非常有用

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