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。為簡單起見，您可以將這個門想象成一個水龍頭，您逆時針旋轉(zhuǎn)水龍頭，水開始流出水龍頭，順時針旋轉(zhuǎn)水停止從水龍頭流出。同樣，柵極電壓決定了器件的導(dǎo)電性。根據(jù)這個柵極電壓，我們可以改變電導(dǎo)率，因此我們可以將其用作開關(guān)或放大器，就像我們使用晶體管作為開關(guān)或放大器一樣。自從1980年代功率MOSFET出現(xiàn)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作為其開關(guān)元件。MOSFET因其低傳導(dǎo)損耗、低開關(guān)損耗而成為首選，并且由于MOSFET的柵極由電容器制成，它的直流柵極電流為零。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，我們將看一些實際示例，說明這如何影響MOSFET。

MOSFET的基本特性

與雙極結(jié)型晶體管或BJT一樣，MOSFET是一種三端子器件，三個端子是GATE、漏極和SOURCE，柵極控制漏極和源極之間的傳導(dǎo)。

從技術(shù)上講，F(xiàn)ET本質(zhì)上是雙向的，但功率MOSFET在硅級上的構(gòu)建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在其兩端的電壓反向時導(dǎo)通，這是什么要牢記。大多數(shù)功率MOSFET的原理圖符號都顯示了寄生二極管。

MOSFET可以被認為是一個壓控可變電阻，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，和BJT一樣，這個特性不是線性的，即電阻不會隨著施加的柵極電壓線性下降，如下圖所示來自流行的IRF3205的數(shù)據(jù)表，而我們所說的內(nèi)阻熱起著在內(nèi)阻方面起關(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。使用MOSFET作為開關(guān)時，有幾個重要的注意事項。

漏源擊穿電壓和漏極電流：

這取決于應(yīng)用-功率MOSFET可提供低至20V和高達1200V的擊穿額定值，電流范圍從毫安到千安，整整六個十年。

柵極閾值電壓：

這類似于常規(guī)BJT的基極-發(fā)射極電壓，但對于MOSFET，該電壓的定義并不明確。雖然MOSFET可能會在相對較低的電壓下開啟，但它只能在指定的柵源電壓下承載全電流。這是需要小心的，因為大多數(shù)MOSFET的額定電壓為10VGS?？商峁┻壿嬰娖組OSFET，其規(guī)定全電流為4.5V。

輸入電容：

由于柵極與從漏極到源極的導(dǎo)電路徑電隔離，因此它形成了一個小型電容器，每次MOSFET開關(guān)時都必須對其進行充電和放電。對于功率MOSFET，這個電容的范圍可以從數(shù)百皮法到數(shù)十納法。

當柵極電壓比源極電壓高幾伏時，N溝道MOSFET開啟，數(shù)據(jù)表中提到了這些電壓的額定值，并且漏源電壓以正電壓指定。電流流入漏極并流出源極。當柵極低于源極幾伏且漏源電壓為負時，P溝道MOSFET開啟。電流流入源極并流出漏極。

簡單的MOSFET開關(guān)電路

下圖顯示了N和P溝道MOSFET的最簡單配置。

MOSFET柵極從電源電壓快速充電，將它們打開。但是，如果在打開MOSFET后，門單獨離開會怎樣？一旦從柵極移除電源，MOSFET仍然保持開啟狀態(tài)！

就像普通電容器一樣，柵極會保持其電荷，直到它被移除或通過非常小的柵極泄漏電流泄漏出去，要消除這些電荷，柵極必須放電。這可以通過將柵極連接回源極端來完成。但是，如果柵極被驅(qū)動電路懸空怎么辦？如果雜散電荷在柵極中積累到足以將柵極電壓推至閾值以上，則MOSFET會意外開啟，這可能會損壞下游的電路。出于這個原因，通常會在柵極和源極之間看到一個下拉/上拉電阻，只要去除柵極電壓，它就會從柵極移除電荷。最好包含一個上拉/下拉電阻無論驅(qū)動器的種類如何，都在MOSFET的柵極之間。10K是一個很好的價值。

MOSFET柵極驅(qū)動和保護電路

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！因此，柵極兩端的齊納二極管是一個很好的預(yù)防措施。

由于柵極電容與引線電感相結(jié)合會導(dǎo)致開關(guān)時出現(xiàn)振鈴，這可以通過在柵極串聯(lián)一個小電阻（約10Ω）來緩解。最終的MOSFET柵極電路如下圖所示。

MOSFET的柵極通常不會吸收任何電流（除了小漏電流），但在需要快速開啟和關(guān)閉的開關(guān)應(yīng)用中使用時，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，它可以采用分立電路、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，以展示如何切換N溝道MOSFET（左側(cè)）和P溝道MOSFET（右側(cè)）。您還可以查看下面的視頻，該視頻演示了如何打開和關(guān)閉MOSFET。

腳注

MOSFET是一個四端器件，第四端是襯底，它是制造晶體管其余部分的實際導(dǎo)電硅基。該端子通常連接到電路中最負的電源軌（對于N通道器件，即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)源極是最負端（因為N溝道MOSFET主要用于低端，將負載切換到地），因此襯底引腳連接到源極。這會產(chǎn)生上述寄生二極管。如果基板引腳“斷開”，將其連接到最負的電源軌將確保寄生二極管在正常運行中永遠不會正向偏置。