从无到有,彻底搞懂MOSFET讲解(一)
MOSFET又叫场效应晶体管,那么如何去学好MOS管呢?大家都对三极管有了解了,已经弄明白了。实际上,要想学好MOS管,首先我们要对标三极管来学。我们说,三极管有N管和P管,同样的,MOS管也有N型和P型。这里我们只讲N型MOSFET。
N型MOSFET也有三个极:栅极 源极 漏极,字母表示:G D S,对标三极管的b c e(如上图所示)。三极管具有功率放大的作用,放大的是电流,实际上是等效内阻变小。MOS管也具有功率放大的作用。那么,不管三极管还是MOS管,它都有控制极和输出极。
控制极的电流很小,控制信号的内阻大;
输出极的电流很大,输出信号的内阻小。
我们先举例三极管,对于三极管来说,用一个很小的ib电流,来控制很大的ic电流。Ib和Ic有β的关系,假设β是100,那么Ic比Ib大100倍,等效CE内阻比BE内阻小了100倍。
三极管放大的前提条件,Ib Ic需要有电流。什么条件下有电流呢?Ib Ic各自必须要有完整的回路,既然有回路,就有电流,这个三极管的特质。那么,既然有回路有电流,必然会产生功耗。
所以,电路设计中,三极管用的越多,则功耗就越大。这就是早期的主控芯片功耗大的原因。
三极管是一个流控流型的器件,因为有这个问题的存在,我们得改进啊是吧,不用电流来控制呢?这样子,场效应管就应运而生了。MOSFET的诞生,需要解决三极管的瓶颈问题。
由于三极管这里的β只有100倍,如果Ic要求是100A,Ib至少要是1A是吧,也就是说,你的控制极就要是1A,如果我有10个,那就要是20A,那这要多大的电源才能提供啊,这是一个问题,对不对啊。控制电流太大,要求电源提供更大的能力。
我们再来看下面一个问题:
Ib是1A,那么BE压降是多少呢,也就是Vbe = 0.7V。如果说0.7V*Ib=0.7V*1A=0.7W,功耗Pb就是0.7W了。Ic=100A,Vce=0.3V,Pc=30W。这些都会在三极管里消耗,也就是说三极管本身就要差不多消耗30W,很明显,我们为了控制100A,这个管子就要消耗30W。如果10个管子,就要300W。那这个电路就无法设计了啊。而且30W的管子,发热是无法承受的,所以说就无法使用。
所以说,我们就得出结论:晶体管它的功率和电流不能太大,有上限限制,基本上都是mA级别,也有A级别,但是那个就用的很少了。我们就把希望寄托于场效应管上面,它是一个新事物的诞生,它一定要解决功耗的问题,也就是解决电流的问题,任何一个器件都是有内阻的。要想没有功耗,就不能有电流,不能有电流应该怎么办?
在电子世界中,除了电流是电压,既然流控型不行,那么能不能做一个压控型的呢?这个管子的导通不导通只关注电压的阈值,那么这个时候就让电流很小,就能解决这个问题。
对于MOSFET来说,GS内部有一个电容存在的。充满电后,维持住这个电压,那么就持续导通了。
在充电过程中,是消耗电流和产生功耗的;当充电完成后,电容上是没有电流的,没有电流,则没有损耗。那么,这个时候功耗很低了。
我们再来看一下DS,它之间可以等效成一个可变电阻。这个可变电阻,在关断期间时,则阻值无穷大;在开通期间,则阻值无穷小。所以,DS之间也没有功耗,即使一个很大的Id,但是乘以一个无穷小的电阻,它的功耗就很小。那么,这样子也实现了放大,但是功耗也小,这就完美解决了三极管的问题。
我们说,模电的本质:电压,电流,斜率。元器件也有对应电压型和电流型。
电压型:电容,mosfet
电流型:电感,三极管
当然,还有其他器件,后面学习到的时候再说。
我们说,斜率实际上指的就是速度。那么,我们器件又需要有斜率,又需要有速度,但是半导体器件它又怕极高的速度,因为极高的速度,就相当于抗瞬间的过冲不够又容易坏,所以说又要它快,但是又不能极快,这就是斜率。
所以说,模电的本质就是电压电流 斜率,
那么,我们把MOS管这个器件设计出来,也是从这样一个思路出发,最后形成的。而且,就像我们世界一样,万物相生相克才能和谐。实际上对于我们的模电来说,它我们这个世界是一样的。比如说电路中的电流,它的电压可以用电容来进行钳位;比如说电路中的电压,它的电流激变可以用电感来进行限制。电压斜率可以用电容解决,电流斜率可以用电感来解决,这样就能让电路和谐,让它稳定工作。
关于MOSFET的Rdson损耗问题以及高压低压MOSFET的区别,我们下次接着讲。