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注:本系列需要一定的模拟电路基础
MOS管,又叫绝缘栅型场效应管,属于电压控制电流型元件,是开关电路中的基本元件。其特点是栅极(G)的内阻极高。场效应管分为P型和N型,P型场效应管由于跨导小、阈值电压高等原因,已经逐渐被NMOS所取代。 图1 我们知道,MOS管还分为耗尽型和增强型,在实际工程中。我们使用的只有增强型P/NMOS,因为我们肯定不希望一开始就有一个漏极电流。在正式介绍mos管的驱动之前我们得说几个零碎的小知识(以下所有分析都是对NMOS而言的) Ⅰ寄生二极管(如上图中) 由于mos管本身的结构,使得源极和漏极之间会存在一个寄生二极管,其方向的判断方法是,NMOS从源极指向漏极,PMOS反之。寄生二极管能够防止VDD过大时击穿MOS管(寄生二极管会率先击穿从而把大电压短路到地),也可以防止DS反接。 Ⅱ GS寄生电容 图2 mos真正模型中,各个极之间都存在寄生电容,但是我们最关心的莫过于GS之间的寄生电容Cgs,它会影响开关速度。我们可以轻易地想到,瞬时电流越大,我们就能越快地充满Cgs,也就能越快地打开mos管。 先贴一张mos管的实际模型图片: 图3 然后再给一个实际电路 图4 图4中主要给出了两个电阻,一个是R38,栅极串联电阻,另外一个是并联在GS上的电阻Rgs。首先我们说栅极电阻的作用: 1.因为驱动的走线会有很强的寄生电感(电磁感应),加之之前说过,GS之间有一个寄生电容,整体呈现容性,所以他们会形成一个LC谐振电路,在外部激励信号的影响下发生严重的震荡,我们串联一个电阻可以降低其Q值,使之迅速衰减。 2.电容和电感只会存储能量而不会消耗能量,如果不串接一个电阻,那么驱动器的功率大部分会消耗在其内部,而无法传达到开关管上。 3.栅极电阻能够影响开关管的开关速度。如果栅极电阻太大,那么开关速度会显著降低,这显然不是我们想要的。但是如果栅极电阻太小,那么高开关速度带来的是很大的电流电压变化率,也就意味着强烈的干扰。 下图是电流和栅极电阻大小的选取表。 图5 接着说一下Rgs的作用: 1.由于Cgs的存在,少量的静电就可以在GS之间产生巨大的电压,这个电压是非常具有破坏性的,这时候通过Rgs就可以把上面的电荷放掉。保护管子。 2.提供偏置电压。 说完这些我们可以说一下米勒效应的事情了: 图6 对于如此的一个反向放大器,I=(Vi-Vo)/ Z. Zin=Ui/I=Z/(1+A) 如果将Z换成电容(我们知道电容的s域表达式是1/SC) 那么可以得到Cin=1/SC(1+A),也就是输入电容被放大了,这被称作为米勒效应。 图7 然后我们就能说一下米勒平台的事了。如图7,是mos管整个开通过程中Vgs,Vds和Id的变化图形。 很明显,在我们看来,在t1时间内,Vgs上升到Vth,接着继续上升达到Vgp米勒电压然后保持很长一段时间,直到t3结束都不会变化,此时Id逐渐增大直到稳定。 之前我们说过Cgs,然后也说过还有其他寄生电容,在米勒平台的分析中我们还需要关注的是Cgd。这里值得注意的是这两个电容值都跟加在它们上的电压有关 在t3开始之前,Cgs都远大于Cgd,而我们知道,导通MOS管和对Vgs充电是等价的,所以在t3之前,Vgs上升斜率主要由Cgs决定。但是t3开始后,Cgd会迅速增大,成为Vgs上升斜率的主导因素,而由于此时其值太大,几乎所有的栅极电流都被用于给Cgd充电,从而导致了Vgs在这部分的斜率几乎为0。这就是米勒平台的成因。 不过在实践当中,米勒平台的前面一般会有一个尖峰。 这是由于源极附近的杂散电感引起的。 本期就到这里,谢谢观看! 部分图片来源于网络,如有侵权请联系我删除。 |
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