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對MOSFET的基礎(chǔ)最透徹的講解

fcsde-sh ? 來源:張飛實戰(zhàn)電子 ? 作者:張飛實戰(zhàn)電子 ? 2021-04-07 18:26 ? 次閱讀
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MOSFET又叫場效應(yīng)晶體管,那么如何去學(xué)好MOS管呢?大家都對三極管有了解了,已經(jīng)弄明白了。實際上,要想學(xué)好MOS管,首先我們要對標(biāo)三極管來學(xué)。我們說,三極管有N管和P管,同樣的,MOS管也有N型和P型。這里我們只講N型MOSFET。

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N型MOSFET也有三個極:柵極 源極 漏極,字母表示:G D S,對標(biāo)三極管的b c e(如上圖所示)。三極管具有功率放大的作用,放大的是電流,實際上是等效內(nèi)阻變小。MOS管也具有功率放大的作用。那么,不管三極管還是MOS管,它都有控制極和輸出極。

控制極的電流很小,控制信號的內(nèi)阻大;

輸出極的電流很大,輸出信號的內(nèi)阻小。

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我們先舉例三極管,對于三極管來說,用一個很小的ib電流,來控制很大的ic電流。Ib和Ic有β的關(guān)系,假設(shè)β是100,那么Ic比Ib大100倍,等效CE內(nèi)阻比BE內(nèi)阻小了100倍。

三極管放大的前提條件,Ib Ic需要有電流。什么條件下有電流呢?Ib Ic各自必須要有完整的回路,既然有回路,就有電流,這個三極管的特質(zhì)。那么,既然有回路有電流,必然會產(chǎn)生功耗。

所以,電路設(shè)計中,三極管用的越多,則功耗就越大。這就是早期的主控芯片功耗大的原因。

三極管是一個流控流型的器件,因為有這個問題的存在,我們得改進(jìn)啊是吧,不用電流來控制呢?這樣子,場效應(yīng)管就應(yīng)運(yùn)而生了。MOSFET的誕生,需要解決三極管的瓶頸問題。

由于三極管這里的β只有100倍,如果Ic要求是100A,Ib至少要是1A是吧,也就是說,你的控制極就要是1A,如果我有10個,那就要是20A,那這要多大的電源才能提供啊,這是一個問題,對不對啊??刂齐娏魈螅箅娫刺峁└蟮哪芰?。

我們再來看下面一個問題:

Ib是1A,那么BE壓降是多少呢,也就是Vbe = 0.7V。如果說0.7V*Ib=0.7V*1A=0.7W,功耗Pb就是0.7W了。Ic=100A,Vce=0.3V,Pc=30W。這些都會在三極管里消耗,也就是說三極管本身就要差不多消耗30W,很明顯,我們?yōu)榱丝刂?00A,這個管子就要消耗30W。如果10個管子,就要300W。那這個電路就無法設(shè)計了啊。而且30W的管子,發(fā)熱是無法承受的,所以說就無法使用。

所以說,我們就得出結(jié)論:晶體管它的功率和電流不能太大,有上限限制,基本上都是mA級別,也有A級別,但是那個就用的很少了。我們就把希望寄托于場效應(yīng)管上面,它是一個新事物的誕生,它一定要解決功耗的問題,也就是解決電流的問題,任何一個器件都是有內(nèi)阻的。要想沒有功耗,就不能有電流,不能有電流應(yīng)該怎么辦?

在電子世界中,除了電流是電壓,既然流控型不行,那么能不能做一個壓控型的呢?這個管子的導(dǎo)通不導(dǎo)通只關(guān)注電壓的閾值,那么這個時候就讓電流很小,就能解決這個問題。

對于MOSFET來說,GS內(nèi)部有一個電容存在的。充滿電后,維持住這個電壓,那么就持續(xù)導(dǎo)通了。

在充電過程中,是消耗電流和產(chǎn)生功耗的;當(dāng)充電完成后,電容上是沒有電流的,沒有電流,則沒有損耗。那么,這個時候功耗很低了。

我們再來看一下DS,它之間可以等效成一個可變電阻。這個可變電阻,在關(guān)斷期間時,則阻值無窮大;在開通期間,則阻值無窮小。所以,DS之間也沒有功耗,即使一個很大的Id,但是乘以一個無窮小的電阻,它的功耗就很小。那么,這樣子也實現(xiàn)了放大,但是功耗也小,這就完美解決了三極管的問題。

我們說,模電的本質(zhì):電壓,電流,斜率。元器件也有對應(yīng)電壓型和電流型。

電壓型:電容,mosfet

電流型:電感,三極管

當(dāng)然,還有其他器件,后面學(xué)習(xí)到的時候再說。

我們說,斜率實際上指的就是速度。那么,我們器件又需要有斜率,又需要有速度,但是半導(dǎo)體器件它又怕極高的速度,因為極高的速度,就相當(dāng)于抗瞬間的過沖不夠又容易壞,所以說又要它快,但是又不能極快,這就是斜率。

所以說,模電的本質(zhì)就是電壓電流 斜率,

那么,我們把MOS管這個器件設(shè)計出來,也是從這樣一個思路出發(fā),最后形成的。而且,就像我們世界一樣,萬物相生相克才能和諧。實際上對于我們的模電來說,它我們這個世界是一樣的。比如說電路中的電流,它的電壓可以用電容來進(jìn)行鉗位;比如說電路中的電壓,它的電流激變可以用電感來進(jìn)行限制。電壓斜率可以用電容解決,電流斜率可以用電感來解決,這樣就能讓電路和諧,讓它穩(wěn)定工作。

關(guān)于MOSFET的Rdson損耗問題以及高壓低壓MOSFET的區(qū)別,我們下次接著講。
編輯:lyn

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