Verständnis von Drain-Source-Widerstand im MOSFET-Ein-Zustand

2000+ Common Swedish Nouns with Pronunciation · Vocabulary Words · Svenska Ord #1 (Januar 2019).

Anonim

Verständnis von Drain-Source-Widerstand im MOSFET-Ein-Zustand


Diese technische Beschreibung enthält einige nützliche Details bezüglich eines gemeinsamen MOSFET-Parameters, der als Ein-Zustand-Widerstand bezeichnet wird.

zusätzliche Informationen

  • Insulated-Gate-Feldeffekttransistoren (MOSFET)

Eine der herausragendsten Spezifikationen auf Datenblättern für diskrete MOSFETs ist der Drain-Source-Einschaltwiderstand, abgekürzt als R DS (on) . Diese R DS (on) Idee scheint so angenehm einfach zu sein: Wenn der FET abgeschaltet ist, ist der Widerstand zwischen Source und Drain extrem hoch - so hoch, dass wir einen Stromfluss von Null annehmen. Wenn die Gate-zu-Source-Spannung (V GS ) des FET die Schwellenspannung (V TH ) überschreitet, ist sie im "Ein-Zustand" und der Drain und die Source sind durch einen Kanal mit einem Widerstand gleich R DS (ein) verbunden. . Wenn Sie jedoch mit dem tatsächlichen elektrischen Verhalten eines MOSFET vertraut sind, sollten Sie leicht erkennen, dass dieses Modell nicht mit den Fakten übereinstimmt.

Erstens hat der FET nicht wirklich einen "Ein-Zustand". Wenn nicht im Cutoff (wir ignorieren hier die unterschwellige Leitung), kann der FET in der Triodenregion oder der Sättigungsregion sein. Jeder dieser Bereiche hat seine eigene Strom-Spannungs-Beziehung. Es kann jedoch mit Sicherheit angenommen werden, dass der "Ein-Zustand" dem Triodenbereich entspricht, da R DS (on) im Zusammenhang mit Schaltkreisen, nicht Kleinsignalverstärkern und Schaltkreisen - z. B. zum Ansteuern eines Motors oder Steuern eines Relais-Anwendung der Cutoff- und Triodenregionen.

Dennoch wird die Triodenregion nicht von einem bloßen Widerstand, sondern von einer ziemlich komplizierten Gleichung regiert:

$$ I_D = \ mu_nC_ {ox} \ frac {W} {L} \ links (\ links (V_ {GS} -V_ {TH} \ rechts) V_ {DS} - \ frac {1} {2} V_ { DS} ^ 2 \ rechts) $$

(Dies ist für ein NMOS-Gerät; ein PMOS-Gerät würde μ p anstelle von μ n haben .) Wenn wir jedoch den V DS 2 -Term ignorieren, kann die Gleichung wie folgt vereinfacht werden:

$$ I_D = \ mu_nC_ {ox} \ frac {W} {L} \ links (V_ {GS} -V_ {TH} \ rechts) V_ {DS} $$

Nun haben wir tatsächlich eine lineare (dh resistive) Beziehung zwischen Drain-Source-Strom (I D ) und Drain-Source-Spannung (V DS ). Der "Widerstand" ist jedoch nicht konstant, wie im Fall eines bloßen Widerstands; eher entspricht der Widerstand

$$ \ frac {1} {\ mu_nC_ {ox} \ frac {W} {L} \ links (V_ {GS} -V_ {TH} \ right)} $$

Dies bringt uns zu einem wichtigen Punkt über R DS (on) : Es wird von der Gate-Source-Spannung beeinflusst. Hier ein Beispiel aus dem Datenblatt für Fairchilds NDS351AN MOSFET:

Die typische Schwellenspannung für diesen Teil wird mit 2, 1 V angegeben. Wenn Sie sich schnell die V TH- Spezifikation und sehr schnell die R DS (on) -Spezifikation ansehen, denken Sie vielleicht, dass Sie diesen FET mit einem 3, 3 V-Logiksignal treiben können Erreichen der angekündigten On-State-Resistance-Performance. Dies wäre ein wenig unvorsichtig, wenn man bedenkt, dass das Datenblatt eindeutig die Gate-zu-Source-Spannung spezifiziert, die der R DS (on) -Spezifikation entspricht; Ein oder zwei R DS (on) / V GS -Datenpunkte vermitteln jedoch nicht den extremen Anstieg des Durchlasswiderstands, der für Gate-Source-Spannungen gilt, die tatsächlich deutlich über dem typischen V TH liegen . Die Moral der Geschichte ist also 1) erinnere mich daran, dass der Widerstand im Ein-Zustand (dh Trioden-Bereich) von V GS abhängt und 2) für detaillierte Information auf die Darstellung von R DS (on) vs. V GS bezogen ist .

Außerdem ist der Durchlasswiderstand nicht gleich dem Widerstand, der durch die oben angegebene Triodenregiongleichung ausgedrückt wird. Letzteres ist der Widerstand des MOSFET-Kanals, wohingegen der Widerstand im eingeschalteten Zustand andere Quellen von Widerstandsdrähten, die Epitaxieschicht usw. umfasst. Die Widerstandseigenschaften werden durch die Herstellungstechnologie und die jeweiligen Beiträge der verschiedenen Komponenten von R DS ( on) variieren je nach dem Spannungsbereich, für den ein bestimmtes Gerät vorgesehen ist.

Zwei weitere Faktoren, die sich auf den Durchlasswiderstand auswirken, sind die Sperrschichttemperatur und der Drain-Strom, wie in diesen beiden Kurven aus dem NDS351AN-Datenblatt gezeigt:

Daher müssen Sie sich vielleicht mit ein paar Datenblättern etwas Zeit und Zeit dafür nehmen, bevor Sie den richtigen MOSFET für eine bestimmte Schalteranwendung finden.