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    • 發(fā)布時(shí)間:2025-01-03 19:23:18
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    MOS管柵極(G)與漏極(S)之間的電阻作用介紹
    工作中很多低地方常用到MOS。是一個(gè)非常常用的器件。MOS管(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)它具有三個(gè)內(nèi)在的寄生電容:柵源電容(Cgs)、柵漏電容(Cgd)以及漏源電容(Cds)。這三個(gè)寄生電容是MOS管物理結(jié)構(gòu)的一部分,并且在MOS管的規(guī)格書(shū)中常常用輸入電容(Ciss)、輸出電容(Coss)以及反向傳輸電容(Crss)這三個(gè)參數(shù)來(lái)表示。這些參數(shù)與寄生電容之間存在明確的關(guān)系,它們實(shí)際上是包含了寄生電容的某種組合。
    在MOS管的中,我們最常見(jiàn)的米勒效應(yīng)主要是由于柵漏電容(Cgd)引起的。當(dāng)MOS管處于工作狀態(tài)時(shí),這個(gè)電容會(huì)與電路中的其他元件相互作用,導(dǎo)致柵極電壓的變化被放大,從而影響到整個(gè)電路的性能。
    此外,為了減少柵極電荷的影響和提高電路的穩(wěn)定性,通常在MOS管的柵極和源極之間并聯(lián)一個(gè)電阻(RG)。這個(gè)電阻的存在主要是為了阻尼柵極電荷的變化,從而減小米勒效應(yīng)的影響。
    從上面幾條看出,MOS管的三個(gè)寄生電容(Cgs、Cgd、Cds)是引起米勒效應(yīng)以及需要在GS之間并聯(lián)電阻的根源。這些寄生電容是MOS管物理結(jié)構(gòu)的一部分,并且在電路設(shè)計(jì)中需要特別考慮它們的影響。
    MOS管 柵極 漏極 電阻作用
    MOS管 柵極 漏極 電阻作用
    1.MOS管的米勒效應(yīng)
    MOS管 柵極 漏極 電阻作用
    我們理想的MOS管驅(qū)動(dòng)波形它是方波,表示當(dāng)柵源電壓(Vgs)達(dá)到門(mén)檻電壓的時(shí)候,MOS管會(huì)迅速進(jìn)入飽和導(dǎo)通狀態(tài)。但是我們知道在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,MOS管的柵極驅(qū)動(dòng)過(guò)程會(huì)出現(xiàn)一個(gè)被稱(chēng)為米勒平臺(tái)的電壓平臺(tái)期。這個(gè)平臺(tái)期實(shí)際上就是MOS管進(jìn)入“放大區(qū)”或“線(xiàn)性區(qū)”的標(biāo)志,也就是導(dǎo)致開(kāi)通損耗較大的主要原因。這個(gè)現(xiàn)象它稱(chēng)為米勒效應(yīng),對(duì)電路性能有很大不利影響,因此我們工程師在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候,是一個(gè)必須考慮的實(shí)際問(wèn)題。
    簡(jiǎn)單地說(shuō),雖然理想的MOS管驅(qū)動(dòng)波形是方波,但現(xiàn)實(shí)中會(huì)因?yàn)槊桌招?yīng)出現(xiàn)電壓平臺(tái),增加開(kāi)通損耗。米勒效應(yīng)是客觀(guān)存在的,設(shè)計(jì)電路時(shí)需要充分考慮。
    米勒平臺(tái)形成的具體過(guò)程:
    MOS管 柵極 漏極 電阻作用
    如上圖,MOS管的開(kāi)啟過(guò)程大概可以分為以下幾個(gè)階段:
    第一階段,初始階段(t0→t1):當(dāng)柵源電壓(Vgs)達(dá)到門(mén)限電壓(Vgs(th))的時(shí)候,相當(dāng)于開(kāi)始對(duì)柵源電容(Cgs)進(jìn)行充電,此時(shí)MOS管開(kāi)始導(dǎo)通,之前它處于截止?fàn)顟B(tài),不導(dǎo)通。
    第二階段,飽和區(qū)階段(t1→t2):隨著Vgs的繼續(xù)增加,漏極電流(Id)開(kāi)始增大,漏源電壓(Vds)開(kāi)始下降。在這個(gè)過(guò)程中,MOS管是工作在飽和區(qū),其中Id主要是由Vgs決定。Vds的輕微降低主要是由于電流變化(△I)導(dǎo)致的柵極端的一些寄生感抗形成的壓降。
    第三階段,米勒效應(yīng)階段(t2→t3):當(dāng)Vgs增大到一定程度時(shí),會(huì)出現(xiàn)米勒效應(yīng)。這時(shí),Id已經(jīng)達(dá)到飽和,因此Vgs會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)保持不變,而Vds則繼續(xù)下降,為柵漏電容(Cgd)充電。正是由于需要為Cgd充電,Cgs兩端的電壓變化相對(duì)較小。在MOS管開(kāi)通的時(shí)候,漏極電壓(Vd)大于柵極電壓(Vg),因此Cgd會(huì)先通過(guò)MOS管放電,然后再反向充電,這個(gè)過(guò)程中會(huì)奪取原本應(yīng)該給Cgs的充電電流,從而導(dǎo)致Vgs出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)期。
    第四階段,可變電阻區(qū)階段(t3→t4):隨著Vgs的繼續(xù)上升,MOS管進(jìn)入可變電阻區(qū),漏源導(dǎo)通,Vds繼續(xù)下降。需要注意的是,米勒平臺(tái)限制了Vgs的增加,進(jìn)而限制了導(dǎo)通電阻的降低,從而也限制了Vds的降低速度,使得MOS管無(wú)法迅速進(jìn)入完全開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
    2.MOS管G極與S極之間的電阻功能
    MOS管 柵極 漏極 電阻作用
    舉一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)就可以顯示出GS間電阻的重要性:比如選用一只MOS管,使其G極也就是柵極處于懸空狀態(tài),并在DS之間施加電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)DS之間的輸入電壓只有三四十V時(shí),這時(shí)MOS管的DS卻會(huì)迅速導(dǎo)通,若不限流,更可能會(huì)導(dǎo)致管子損壞。從理論上講,沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)的情況下,MOS管應(yīng)該保持截止?fàn)顟B(tài)不導(dǎo)通才對(duì)啊。然而,由于MOS管內(nèi)部存在寄生電容,當(dāng)我們?cè)贒S之間施加電壓時(shí),該電壓會(huì)通過(guò)柵漏電容(Cdg)為柵源電容(Cgs)充電,從而導(dǎo)致G極電壓逐漸抬高,直至MOS管導(dǎo)通。
    因此我們?cè)贛OS管的GS之間連接一個(gè)阻值在幾千到幾十千歐的并聯(lián)電阻,可以確保MOS管的穩(wěn)定工作。這種連接方式可以防止因MOS管柵極懸空導(dǎo)致的DS之間電壓使MOS管意外導(dǎo)通而受損。同時(shí),當(dāng)沒(méi)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí),該電阻能夠?qū)OS管的柵極電位固定在較低狀態(tài),從而避免誤觸發(fā),確??煽康耐〝嗖僮?。
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