MOSFET作為開關(guān)的工作原理和優(yōu)勢(shì) MOSFET開關(guān)電路圖

一、MOSFET作為開關(guān)的基本概念

MOSFET，全稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，是一種電壓控制的開關(guān)器件。它的工作原理是，通過在柵極施加電壓，控制漏極和源極之間的電流。當(dāng)柵極施加的電壓為正時(shí)，會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)，使得漏極和源極之間形成導(dǎo)電通路，從而形成電流。當(dāng)柵極施加的電壓為負(fù)時(shí)，電場(chǎng)會(huì)被抑制，導(dǎo)致漏極和源極之間的電流無法流通。因此，MOSFET在電路中起到開關(guān)的作用，可以控制電路的通斷。

MOSFET作為開關(guān)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如高開關(guān)速度、低驅(qū)動(dòng)電壓、低開關(guān)損耗等。這些優(yōu)點(diǎn)使得MOSFET在電源變換器中有廣泛的應(yīng)用，如直流-直流變換器、交流-直流變換器和交流-交流變換器等。在這些電源變換器中，MOSFET作為開關(guān)主要用于調(diào)整輸出電壓和電流。通過控制MOSFET的開關(guān)狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓和電流的精確調(diào)節(jié)。

二、MOSFET作為開關(guān)的工作原理

MOSFET開關(guān)的操作基于某些主要模式，主要是截止區(qū)和飽和區(qū)。

MOSFET作為開路：當(dāng)柵源電壓VGS小于閾值電壓VT時(shí)，也就是VGS < VT，MOSFET處于截止區(qū)。由于VGS < VT，不會(huì)在通道中形成導(dǎo)電通路，導(dǎo)致無法通過MOSFET進(jìn)行電流。此時(shí)，MOSFET像一個(gè)開路一樣工作，邏輯上處于“OFF”狀態(tài)。

MOSFET作為短路： 當(dāng)我們?cè)黾訓(xùn)旁措妷篤GS，使其大于閾值電壓VT，此時(shí)VGS > VT，那么MOSFET開始導(dǎo)通，并隨著湍流電壓VDS的增加，漏電流ID線性增加，直到達(dá)到飽和點(diǎn)，形成了歐姆區(qū)。在該區(qū)間之后，即便繼續(xù)提升漏源電壓VDS，漏電流ID也保持恒定，不再發(fā)生變化。這個(gè)操作區(qū)間被稱為飽和區(qū)，此時(shí)MOSFET表現(xiàn)得就像一個(gè)短路（關(guān)閉的開關(guān)）一樣，邏輯上處于“ON”狀態(tài)。

對(duì)于開關(guān)應(yīng)用來說，MOSFET的設(shè)計(jì)很大程度上依賴于驅(qū)動(dòng)電路的部署。驅(qū)動(dòng)電路，例如微控制單元（MCU），為MOSFET提供了必要的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，一般情況下，這個(gè)電壓會(huì)更改MOSFET的工作狀態(tài)，使其在開路和短路狀態(tài)間進(jìn)行快速切換，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。

三、MOSFET作為開關(guān)的優(yōu)勢(shì)

MOSFET作為開關(guān)的優(yōu)勢(shì)主要包括以下幾個(gè)方面：

1. 高開關(guān)速度：MOSFET的開關(guān)速度非?？?，可以在納秒級(jí)別內(nèi)完成開關(guān)動(dòng)作。這使得MOSFET在需要高速切換的電路中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。
2. 低驅(qū)動(dòng)電壓：相對(duì)于其他類型的開關(guān)器件，MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓較低。這可以降低驅(qū)動(dòng)電路的復(fù)雜性，并減小驅(qū)動(dòng)電路的功耗。
3. 低導(dǎo)通電阻：當(dāng)MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部的電阻非常低，使得MOSFET的導(dǎo)通損耗非常小。這有助于提高電路的效率。
4. 易于集成：由于MOSFET的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此易于與其他電子元件集成在一起，形成功能強(qiáng)大的集成電路。
5. 可靠性高：MOSFET的可靠性較高，能夠在高溫、低溫、高壓、高濕度等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作。

綜上所述，MOSFET作為開關(guān)的優(yōu)勢(shì)包括高開關(guān)速度、低驅(qū)動(dòng)電壓、低導(dǎo)通電阻、易于集成和可靠性高等。這些優(yōu)點(diǎn)使得MOSFET在電子設(shè)備和電路中得到了廣泛應(yīng)用。

四、MOSFET開關(guān)電路圖

N溝道MOSFET

如上，N溝道MOSFET開關(guān)電路圖。

當(dāng)按下按鈕時(shí)，LED亮起。1kΩ 電阻充當(dāng)下拉電阻，將柵極電壓保持在與電池負(fù)極端子相同的電位，直到按下按鈕。這會(huì)在柵極施加正電壓，打開漏極和源極引腳之間的通道，并允許電流流過 LED。

P溝道MOSFET

如上，P溝道MOSFET開關(guān)電路圖。

五、MOSFET的開關(guān)模型

這個(gè)MOSFET相當(dāng)于是一個(gè)電控的開關(guān)，開關(guān)特性完全類似于力控開關(guān)，力控開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)邏輯門的運(yùn)算還有功能，我們用電控開關(guān)一樣可以實(shí)現(xiàn)功能