перевод статьи
MOSFET as a Switch

MOSFET как ключ

Параллельное подключение нескольких MOSFET транзисторов позволяет нам реализовать коммутирование высоковольтной и/или сильнотоковой нагрузки, но удорожает реализацию и становится непрактичной с финансовой точки зрения. Для преодоления этой проблемы были созданы мощные полевые полупроводниковые транзисторы или Power FET.

Общеизвестно что существуют 2 основных режима работы полевых транзисторов, это режимы обеднения канала для транзисторов JFET типа и режимы как обеднения так и обогащения канала для МОП транзисторов. В этой статье мы рассмотрим режим обогащения MOSFET транзистора при использовании его как ключа так как рассматриваемые транзисторы открываются положительным напряжением на затворе, а закрываются отрицательным, что в свою очередь делает более понятным их использование и позволяет схематически проще решить вопросы взаимодействия с другими элементами схемы.

Работа в режиме насыщения MOSFET сокращенно е-MOSFET, лучше всего описать, используя его характеристики ВАХ показанные на рисунке ниже. Когда входное напряжение Vin, на затворе транзистора равно нулю, транзистор практически не проводит ток, а выходное напряжение Vout, равно напряжению питания Vdd. Так MOSFET является полностью закрытым в своей зонее отсечки.

Характеристика MOSFET

Минимальное напряжение во включенном состоянии затвора, требуемого для того, чтобы MOSFET остается полностью открытом при необходимом токе стока может быть определено из области расположенной выше кривых передаточной характеристики V-I. Когда Vin высоко или равно VDD, Q-точка МОП-транзистора перемещается в точку А вдоль линии нагрузки.Ток стока возрастает до своего максимального значения за счет снижения сопротивления канала. Значение Id становится постоянным, не зависящем от значения VDD и зависит только от VGS. Таким образом, транзистор ведет себя как выключатель в замкнутом состоянии, но сопротивление канала не становится нулем из-за его Rds значения хотя и становится незначительным.

Аналогичным образом, когда напряжение Vin низкое или стремитс к нулю, то MOSFET Q-точка движется из точки А в точку Б, вдоль линии нагрузки. Сопротивление канала становится очень высоким, транзистор действует как разомкнутый ключ и соответственно ток через канал не протекает. Таким образом, если напряжение на затворе полевого транзистора переключается между двумя значениями, HIGH и LOW, MOSFET будет вести себя как однополюсный твердотельный ключ, и это действие определяется как:

1. Зона отсечки

Условия работы в этой зоне определяются:нулевым напряжением на затворе, нулевым током стока и выходным напряжением Vds=Vdo. Транзистор находится в полностью закрытом состоянии.

Характеристики зоны отсечки

Для P-канальных транзисторов потенциал затвора должен быть положительным по отношению к истоку.

2. Режим насыщения

В режиме насыщения транзистор смещен таким образом что максимальное напряжение приложено к затвору транзистора и сопротивление канала минимально. То есть транзистор полностью открыт.

Характеристики Режима Насыщения

Обобщая таким образом использование MOSFET транзисторов в режиме насыщения мы можем принять, что VGS > VTH и ID = Maximum. Для P-канальных транзисторов потенциал затвора должен быть отрицательным по отношению к Истоку.

При использовании подходящего драйвера для управления затвором транзистора сопротивление канала Сток-Исток может варьироваться между сотнями кило ом в выключенном состоянии до менее, чем 1 Ом во включенном. Использование MOSFET транзисторов в режимах переключения дает возможность построения высоко-эффективных систем коммутации, более быстрых и экономичных, чем аналогичные системы на биполярных транзисторах.

перевод статьи
MOSFET as a Switch