在本教程中,我们将学习MOSFET作为开关的工作原理。在MOSFET教程中,我们已经看到了MOSFET的基础,它的类型,结构和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。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。
介绍了MOSFET
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(因此,有时称为绝缘栅FET或IGFET),栅端电压决定了导电性。
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。
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的工作原理
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DS
当V.GS.
MOSFET特征曲线
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对于给定的栅源电压VGS.。
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.
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.- - - - - - VTH,通道夹断,也就是说,它变宽,导致一个恒定的漏极电流。
切换电子产品
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ON状态时,应该有零压降。
- 关闭状态阻力应该是无限的。
- 设备的运行速度没有限制。
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。
这是一个简单的电路,其中n通道增强模式MOSFET将打开或关闭一盏灯。为了操作一个MOSFET作为开关,它必须在截止和线性(或三极管)区域工作。
假设设备初始状态为OFF。通过栅极和电源的电压,即VGS.是适当的积极(技术上说,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
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,当一个逻辑0给MOSFET的门,它关闭,并依次关闭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
要考虑的一个重要因素是MOSFET的功率损耗。考虑一个极漏源电阻为0.1Ω的MOSFET。在上述情况下,即12W LED由12V电源驱动将导致漏极电流为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。
所以,即使采用0.1Ω的RDS,电机启动过程中耗散的功率仍然会非常高,可能会导致热过载。因此,RDS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反应
Muy BuenaExplicación,
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)
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