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(duì)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(duì)于驅(qū)動(dòng)信號(hào)源來說,三極管得基極對(duì)地之間就等效成一個(gè)二極管,會(huì)對(duì)前面驅(qū)動(dòng)電路造成影響。
而MOS管,由于它得柵極相對(duì)于漏極和源極是絕緣得,所以柵極上無需串聯(lián)電阻進(jìn)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(shí)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(gè)電阻存在會(huì)延長MOS導(dǎo)通和截止得時(shí)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(gè)電阻呢,它到底有什么作用?
首先要明確一個(gè)概念,模擬電路不是軟件編程、非0即1,而是一個(gè)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(shí)候在設(shè)計(jì)中甚至故意添加一些電阻讓上升下降沿變得平緩以保護(hù)元器件。
上面這個(gè)電路中,電阻R17有三個(gè)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(hù)后面MOS管D-S極不被擊穿。
先來看第壹點(diǎn),一般單片機(jī)得I/O輸出口都會(huì)帶點(diǎn)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(dāng)它們之間串上R17后,可增大阻尼而減小振蕩效果。
第二,當(dāng)柵極電壓拉高時(shí),首先會(huì)對(duì)柵極電容充電,充電峰值電流會(huì)超過了單片機(jī)得 I/O 輸出能力,串上 R17 后可放慢充電時(shí)間而減小柵極充電電流。
第三,當(dāng)柵極關(guān)斷時(shí),MOS管得D-S極從導(dǎo)通狀態(tài)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)時(shí),漏源極電壓VDS會(huì)迅速增加,如果過大,就會(huì)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(gè)電阻需要多大值得呢?
這個(gè)一般需要根據(jù)實(shí)際得情況來確定,但我們可以根據(jù)下面得實(shí)驗(yàn)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(fù)載是一個(gè)電感負(fù)載,同時(shí)還包括有線路分布電感。
實(shí)驗(yàn)中,對(duì)R3分別取1歐姆、10歐姆、50歐姆進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。當(dāng)R3為1歐姆得時(shí)候,可以看到在輸出電壓Vds上有高頻震蕩信號(hào)。
當(dāng)R3增加到10歐姆得時(shí)候,輸出Vds得高頻震蕩信號(hào)明顯被衰減了。
當(dāng)R3增加到50歐姆得得時(shí)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?yàn)槁O-柵極之間得米勒電容效應(yīng)所引起得臺(tái)階。此時(shí)對(duì)應(yīng)得MOS管得功耗就大大增加了。
由上面得實(shí)驗(yàn)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(huì)引起輸出振鈴,如果大了就會(huì)增加MOS管得開關(guān)過渡時(shí)間,從而增加功耗。