MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

1.什么是MOSFET

MOSFET:金属-氧化物半导体场效应晶体管,简称金属半场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET);它是由金属(M)层的栅极隔着氧化层(O)利用电场来控制半导体(S)的场效应晶体管,可以广泛使用在模拟电路与数字电路中。

2.MOSFET的结构

  • MOSFET按照场效应分为:增强型和耗尽型
  • 每个场效应对应不同的沟道分为:N沟道MOSFET和P沟道MOSFET

MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接 

图1

图1是N沟道增强型MOSFET(N-MOSFET),P,N分别是P(positive)型半导体和N(negative)型半导体;S源极相当于三极管的发射级,D漏极相当于三极管的集电极,G栅极相当于三极管的基级。

MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接

图2

 图2是N沟道和P沟道MOSFET。

N-MOSFET:在一块P型半导体中,加入两个N型半导体,并用金属覆盖在N型半导体上引出两个电极,作为D漏极和S源极。然后在半导体表面覆盖一层二氧化硅(SiO2)绝缘层,绝缘层上加入金属作为G栅极。半导体另外一侧引出电极B,连接寄生二极管。

P-MOSFET除了半导体和寄生二极管颠倒之外,别的组成部分都相同。

3.MOSFET的工作原理

MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接

图3

1)当MOSFET正接时,在回路中充当开关。

  • N-MOSFET:在导通时,电流由D级流向S级。
  • P-MOSFET:在导通时,电流由S级流向D级。

2)导通时不论N沟道还是P沟道MOS管,都是G极电压与S极进行比较。

  • N沟道: UG>US时导通。 (简单认为)UG=US时截止。
  • P沟道: UG<US时导通。 (简单认为)UG=US时截止。

3)饱和导通问题:(US和UG相差多少才属于导通饱和)

不同的MOS管功用不同,需要的压差也不同,所以达到饱和时的压差也不同。

  • 信号切换用MOS管: UG比US大3V---5V即可,实际上只要导通即可,不必须饱和导通。(比如常见的:2N7002,2N7002E,2N7002K,2N7002D,FDV301N。)
  • 电压通断用MOS管: UG比US应大于10V以上,而且开通时必须工作在饱和导通状态。(常见的有:AOL1448,AOL1428A,AON7406,AON7702, MDV1660,AON6428L,AON6718L,AO4496,AO4712,AO6402A,AO3404,SI3456DDV,MDS1660URH,MDS2662URH,RJK0392DPA,RJK03B9DP。)

P-MOSFET和N-MOSFET条件相反。

4)MOSFET反接

 MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接

图4

 MOSFET反接时二极管直接导通,失去了开关的作用。

5)寄生二极管的作用

  • MOSFET的寄生二极管,作用是防止VDD过压的情况下,烧坏MOS管,因为在过压对MOS管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免MOS管被烧坏。
  • 防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。

4.MOSFET在MATLAB中的使用方法

MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接

图5

图5中,MOSFET管充当开关时,将S,D端连入回路中;g,m端连接控制器或者信号发生器,通过输入信号来控制MOSFET的闭合和断开。

MOSFET开关管的结构以及在MATLAB中的连接

图6

 图6中,MOSFET直接导通,相当于导线的作用。

5.PN结的形成和作用

 P型半导体和N型半导体结合在一起之后,会扩散出一个内电场,叫做PN结,或者是阻挡层,耗尽层,空间电荷区。

图7

如图7所示,电子收到电场力,漂移向N级,但是N级的电子太多,就会向P级扩散。这种运动在PN,相连接的一小部分形成一个动态平衡。

1)正向偏置

电源正极接P,负极接N,电荷会重新分布

图8 

因为载流子多而且PN结窄,所以会形成比较大的电流。

图9 

2)反向偏置

电源正极接N,负极接P,电荷也会重新分布

 图10

因为载流子少而且PN结太宽,所以电流会很小。

图11 

3)工作原理

当PN结正偏时,也就是外部电流从P型流向N型半导体;如图9所示,外部电流和内部电流方向相反。电子可以偏移的数量很多,所以从P到N端是正向导通。反之,不可导通。规定S源极为N-MOSFET的正极,D漏极为N-MOSFET的负极。

参考文档

1.MOS管用作开关时在电路中的连接方法_tianpu2320959696的博客-CSDN博客_mos管连接方式

2.PN结/三极管/MOSFET理解_sternlycore的博客-CSDN博客_pn结工作原理

3.《学习笔记》--MOSFET工作原理 - 知乎 (zhihu.com) 

4.PN结的形成原理_小神兵之技术篇-CSDN博客_pn结工作原理 

5.MOSFET、IGBT的结构与工作原理详解_飞由于度的博客-CSDN博客_mosfet工作原理 

6.什么叫死区时间_干货 | MOS管和IGBT管有什么区别?_罗笑生的博客-CSDN博客 文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-457055.html

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