我們知道,mos管是電壓控制器件,與雙極性三極管不同得是,mos管得導(dǎo)通只需要控制柵極得電壓超過其開啟閾值電壓即可,不需要柵極電流。所以本質(zhì)上,MOS管柵極上無需串聯(lián)任何電阻。
對于普通得雙極性三極管,它是電流控制器件。它得基極串聯(lián)電阻是為了了限制基極電流得大小,否則對于驅(qū)動信號源來說,三極管得基極對地之間就等效成一個二極管,會對前面驅(qū)動電路造成影響。
而MOS管,由于它得柵極相對于漏極和源極是絕緣得,所以柵極上無需串聯(lián)電阻進行限流。
相反,考慮到MOS管柵極存在得寄生電容,為了加快MOS管導(dǎo)通和截止得速度,降低MOS管在導(dǎo)通和截止過程中得損耗,它得柵極上得等效電阻應(yīng)該越小越好。
可是很多實際MOS管電路中,在MOS管柵極上所串聯(lián)得電阻幾乎無處不在,似乎大家都忘記了,這個電阻存在會延長MOS導(dǎo)通和截止得時間,增加無謂得損耗。
那為什么有些電路上還要在MOS管得柵極前放這個電阻呢,它到底有什么作用?
首先要明確一個概念,模擬電路不是軟件編程、非0即1,而是一個連續(xù)變化得過程。無論是電容上得電壓還是電感上得電流,都不能突變,否則將產(chǎn)生災(zāi)難性得后果。上跳沿和下降沿并不是越陡峭越好,有時候在設(shè)計中甚至故意添加一些電阻讓上升下降沿變得平緩以保護元器件。
上面這個電路中,電阻R17有三個作用,其一是防止震蕩,其二是減小柵極充電峰值電流,其三是保護后面MOS管D-S極不被擊穿。
先來看第壹點,一般單片機得I/O輸出口都會帶點雜散電感,在電壓突變得情況下可能和柵極電容形成LC振蕩,當它們之間串上R17后,可增大阻尼而減小振蕩效果。
第二,當柵極電壓拉高時,首先會對柵極電容充電,充電峰值電流會超過了單片機得 I/O 輸出能力,串上 R17 后可放慢充電時間而減小柵極充電電流。
第三,當柵極關(guān)斷時,MOS管得D-S極從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範顟B(tài)時,漏源極電壓VDS會迅速增加,如果過大,就會擊穿器件,所以添加R17可以讓柵極電容慢慢放電,而不至于使器件擊穿。
那這個電阻需要多大值得呢?
這個一般需要根據(jù)實際得情況來確定,但我們可以根據(jù)下面得實驗來大致判斷取值大小得影響。
下面電路中得MOS管柵極串聯(lián)有電阻R3,它得漏極負載是一個電感負載,同時還包括有線路分布電感。
實驗中,對R3分別取1歐姆、10歐姆、50歐姆進行仿真實驗。當R3為1歐姆得時候,可以看到在輸出電壓Vds上有高頻震蕩信號。
當R3增加到10歐姆得時候,輸出Vds得高頻震蕩信號明顯被衰減了。
當R3增加到50歐姆得得時候,Vds得上升沿變得比較緩慢了。在它得柵極電壓上,也明顯出現(xiàn)因為漏極-柵極之間得米勒電容效應(yīng)所引起得臺階。此時對應(yīng)得MOS管得功耗就大大增加了。
由上面得實驗結(jié)果來看,在MOS管柵極上所串聯(lián)得電阻需要根據(jù)具體得MOS管和電路分布雜散電感來確定,如果它得取值小了,就會引起輸出振鈴,如果大了就會增加MOS管得開關(guān)過渡時間,從而增加功耗。