MOSFET讲解（2）

MOSFET讲解

我们现在知道了，只要让MOSFET有一个导通的阈值电压，那么这个MOSFET就导通了。那么在我们当前的这个电路中，假设GS电容上有一个阈值电压，足可以让MOSFET导通，而且电容没有放电回路，不消耗电流。那么DS导通，理论上等效电阻无穷小，我们把这个等效电阻称之为Rdson。当MOSFET电流达到最大时，则Rdson必然是最小的。对于MOSFET来说，Rdson越小，价格也就越贵。我们说MOSFET从不导通变为导通，等效内阻Rdson从无穷大变成无穷小，当然这个无穷小也有一个值的。MOSFET导通了，但是它没有回路。

以上这些就是MOSFET和三极管的区别。当我们在测量MOSFET时，要想测量Rdson，先用镊子夹在GS两端短路掉，把GS电压先放掉，放掉之后再测量DS两端的阻抗，否则测出来的值就不准。

接下来我们再来看MOS管的损耗问题。

我们说，尽管导通后Rdson很小，但是一旦我走大电流，比如100A，最终还是有损耗的。我们把这个损耗叫做MOSFET的导通损耗，这个导通损耗，是由MOSFET的Rdson决定的，当MOSFET选型确定了之后，它的Rdson不再变了。

另外，DS上流过的Id电流是由负载决定的。既然是由负载决定的，我们就不能改变电流，所以，我们说MOSFET的导通损耗是由Rdson决定的。

我们看到，MOSFET的DS之间有一个二极管，我们把这个二极管称为MOSFET的体二极管。假设正向：由D指向S，那么，体二极管的方向是跟正向相反的，而且，这个体二极管正向不导通，反向会导通。所以，这个体二极管和普通二极管一样，也有钳位电压，实际钳位电压跟体二极管上流过的电流是有关系的，体二极管上流过的电流越大，则钳位电压越高，这是因为体二极管本身有内阻。

体二极管的功耗问题。假设体二极管的压降是0.7V，那么它的功耗P=0.7V*I，所以，它的功耗也是由负载决定的。所以，功耗也蛮大的。我们把体二极管的功耗称之为续流损耗。

那么，体二极管的参数我们怎么去设置呢？为了安全起见，体二极管的电流，一般跟Id电流是接近或者相等的。另外，我们还要注意的是，这个体二极管并不是人为的刻意做上去的，而是客观存在的。

对于MOSFET来说，我们来讨论GS电容问题。

我们要知道，MOSFET其实并不是一个MOSFET，它实际上是由若干个小的MOSFET合成的。既然是合成的，我们就讨论下低压MOSFET和高压MOSFET的差异。

假设功率相等：3 KW

低压：24V             电流：125A

高压：310V    电流：9.7A

大家看到没有，低压电流大，高压电流小。从内阻法来分析：如果电流大，是不是等效为内阻小啊；如果电流小，是不是内阻大啊。所以，低压器件要求内阻小，高压内阻大了。

从电压角度比较分析：

从耐压来看，则多个串联；从电流来看，则多个并联。所以：

低压：24V 电流：125A   内阻小   多个管子并联   耐压很难做高

高压：310V  电流：9.7A   耐压高       多个管子串联   内阻必然大

所以根据上面分析，得出一个结论：

高压MOSFET，Rdson大；低压MOSFET，Rdson小。

MOSFET的GS电容：

低压：24V 电流：125A 

内阻小  多个管子并联  耐压很难做高  gs电容大

高压：310V  电流：9.7A  

耐压高  多个管子串联  内阻必然大    gs电容小

由于一个MOSFET里面集成了大量的小的mosfet，实际上在制造工艺的工程中，是用金子来做的。如果里面有一些管子坏了，是测量不出来的，这就是大品牌和小品牌的差异。

那么，我们来看一下啊，MOSFET的GS电容对管子开通特性的影响。我们说，高压的管子，它的GS电容小。要想把管子开通，无非是对这个电容充电，让它什么时候充到阈值电压，对不对？那么我们来看，当电流相等的情况下，对GS电容进行充电。

既然是对GS电容充电，那就看这个电容的大小啊，是吧。比方说，一个截面积小的水缸，和一个截面积很大的水缸，用相等的电流或者电荷数对它进行充电，大水缸充起来，电位升高的慢；小水缸充起来，电位升高的快。

我们说，高压MOS管相等的电流进行充电，那么很明显，结电容大的，则充的慢，也就是说开通的慢；GS电容小，则开通快。高压MOSFET开通快，低压MOSFET开通慢。

补充问题：

高压MOSFET，Rdson大，一般几十mΩ，比如50mΩ，可以通到十几A就不错了。但是功率并不小，因为电压高啊。

低压MOSFET，Rdson小，一般几mΩ，比如3mΩ，可以做到几十，甚至100A。

下篇文章我们来讲一下MOSFET的开通和关断

MOSFET讲解（1）

MOSFET讲解

MOSFET又叫场效应晶体管，那么如何去学好MOS管呢？大家都对三极管有了解了，已经弄明白了。实际上，要想学好MOS管，首先我们要对标三极管来学。我们说，三极管有N管和P管，同样的，MOS管也有N型和P型。这里我们只讲N型MOSFET。

N型MOSFET也有三个极：栅极 源极 漏极，字母表示：G D S，对标三极管的b c e（如上图所示）。三极管具有功率放大的作用，放大的是电流，实际上是等效内阻变小。MOS管也具有功率放大的作用。那么，不管三极管还是MOS管，它都有控制极和输出极。

控制极的电流很小，控制信号的内阻大

输出极的电流很大，输出信号的内阻小

我们先举例三极管，对于三极管来说，用一个很小的ib电流，来控制很大的ic电流。Ib和Ic有β的关系，假设β是100，那么Ic比Ib大100倍，等效CE内阻比BE内阻小了100倍。

三极管放大的前提条件，Ib Ic需要有电流。什么条件下有电流呢？Ib Ic各自必须要有完整的回路，既然有回路，就有电流，这个三极管的特质。那么，既然有回路有电流，必然会产生功耗。

所以，电路设计中，三极管用的越多，则功耗就越大。这就是早期的主控芯片功耗大的原因。

三极管是一个流控流型的器件，因为有这个问题的存在，我们得改进啊是吧，不用电流来控制呢？这样子，场效应管就应运而生了。MOSFET的诞生，需要解决三极管的瓶颈问题。

由于三极管这里的β只有100倍，如果Ic要求是100A，Ib至少要是1A是吧，也就是说，你的控制极就要是1A，如果我有10个，那就要是20A，那这要多大的电源才能提供啊，这是一个问题，对不对啊。控制电流太大，要求电源提供更大的能力。

我们再来看下面一个问题：

Ib是1A，那么BE压降是多少呢，也就是Vbe = 0.7V。如果说0.7V*Ib=0.7V*1A=0.7W，功耗Pb就是0.7W了。Ic=100A，Vce=0.3V，Pc=30W。这些都会在三极管里消耗，也就是说三极管本身就要差不多消耗30W，很明显，我们为了控制100A，这个管子就要消耗30W。如果10个管子，就要300W。那这个电路就无法设计了啊。而且30W的管子，发热是无法承受的，所以说就无法使用。

所以说，我们就得出结论：晶体管它的功率和电流不能太大，有上限限制，基本上都是mA级别，也有A级别，但是那个就用的很少了。我们就把希望寄托于场效应管上面，它是一个新事物的诞生，它一定要解决功耗的问题，也就是解决电流的问题，任何一个器件都是有内阻的。要想没有功耗，就不能有电流，不能有电流应该怎么办？

在电子世界中，除了电流是电压，既然流控型不行，那么能不能做一个压控型的呢？这个管子的导通不导通只关注电压的阈值，那么这个时候就让电流很小，就能解决这个问题。

对于MOSFET来说，GS内部有一个电容存在的。充满电后，维持住这个电压，那么就持续导通了。

在充电过程中，是消耗电流和产生功耗的；当充电完成后，电容上是没有电流的，没有电流，则没有损耗。那么，这个时候功耗很低了。

我们再来看一下DS，它之间可以等效成一个可变电阻。这个可变电阻，在关断期间时，则阻值无穷大；在开通期间，则阻值无穷小。所以，DS之间也没有功耗，即使一个很大的Id，但是乘以一个无穷小的电阻，它的功耗就很小。那么，这样子也实现了放大，但是功耗也小，这就完美解决了三极管的问题。

我们说，模电的本质：电压，电流，斜率。元器件也有对应电压型和电流型。

电压型：电容，mosfet

电流型：电感，三极管

当然，还有其他器件，后面学习到的时候再说。

我们说，斜率实际上指的就是速度。那么，我们器件又需要有斜率，又需要有速度，但是半导体器件它又怕极高的速度，因为极高的速度，就相当于抗瞬间的过冲不够又容易坏，所以说又要它快，但是又不能极快，这就是斜率。

所以说，模电的本质就是电压 电流  斜率，

那么，我们把MOS管这个器件设计出来，也是从这样一个思路出发，最后形成的。而且，就像我们世界一样，万物相生相克才能和谐。实际上对于我们的模电来说，它我们这个世界是一样的。比如说电路中的电流，它的电压可以用电容来进行钳位；比如说电路中的电压，它的电流激变可以用电感来进行限制。电压斜率可以用电容解决，电流斜率可以用电感来解决，这样就能让电路和谐，让它稳定工作。

关于MOSFET的Rdson损耗问题以及高压低压MOSFET的区别，我们下次接着讲。

贴片电阻的数据手册介绍，干货满满！（六）

我们看上期最后的图。上图列举的是风华贴片电阻的电阻温度系数表。上面意思呢？举个例子，比如0805 1K ±1%的贴片电阻，它的阻值范围是990Ω~1010Ω，也就是说生产出来的电阻阻值在±10Ω范围内分布，当然也是在25℃环境温度下进行测量的。那么它所对应的电阻温度系数是±100ppm/℃。那么，如果环境温度是75℃，温漂对阻值的影响有多少呢？是不是75℃-25℃=50℃啊，所以，温漂值是±100ppm*50 = ±5000ppm ，这个是百万分的单位是吧，换算一下就是：±5000ppm*1000 = ±5Ω。那么，有的厂家数据手册会提供一个计算公式：

我们也可以根据上面这个公式再来计算一遍

通过以上计算我们知道，当环境温度在75℃的时候，温漂误差在±5Ω，而电阻的±1%精度误差是±10Ω，这个时候温漂和精度它们的误差差不多一个量级了是吧。

4.3频率特性

我们在画原理图的时候，电阻有一个原理图符号是吧，如下图所示：

这里告诉大家的是，电阻在低频信号下，它是电阻，但在高频下，就不能这么看了。这是由于工艺的原因，它会有一些寄生参数，比如电阻两端串联的有寄生电感，内部也有寄生电容，焊盘与焊盘之间也会存在寄生电容，下图就是电阻在高频下的等效模型：

通过电阻在高频下的等效模型可以知道，电阻已经不是电阻本身了，而是有一系列的电感电容串并联是吧。那么，上面说到的只是电阻在高频情况下的特性，对于低频而言依然是纯电阻特性的。电阻最容易忽略的就是封装尺寸对内部寄生参数的影响了，封装不同，寄生参数也会不一样。一般几百Hz以下，问题不大，KHz以上影响就会明显，频率越高，影响越大。

那么，贴片电阻的高频特性对我们的使用会有什么影响呢？比如在电机控制里面，会经常看到贴片电阻用做电流采样，就需要考虑高频特性了。一般用检流电阻采样时，是根据安培定律，电阻两端的压降除以阻值等于电流 I= U/R。这样方式最大的好处是计算出来的电流比较精确。但是，前提是电阻的阻值不能过大，如果过大的话，会影响原有回路的阻抗。而采样电阻小的话，则不会影响原有的回路电流。

我们知道，用电阻的压降除以电阻的阻值，等于电阻上流过的电流。因为电阻是串联在回路中的，因此电阻上流过的电流就是系统的电流。这种方式的前提是电阻是一个纯阻值（没有感抗和容抗）。这样压降除以电阻的阻值才是真实的系统电流。因此，用电阻做采样电流的话，需要对电阻的寄生参数有要求，尽可能的希望电阻是纯阻性的。尤其在高频的场合。

贴片电阻的数据手册介绍，干货满满！（五）

4.1 电阻的工作温度与环境温度

我们会在贴片电阻的数据手册上看到一个这样的曲线：

上面这幅图是贴片电阻的温度与功率的曲线，那么通过这幅图也能看出，贴片电阻的环境工作温度范围是：-55℃~+155℃，在+70℃以下电阻的功率还是没有变化，在环境温度+70℃以上的时候，电阻的功率会明显的下降，具体可以查看对应的曲线图。这在设计电路中是非常重要的考虑的因素了。在温度很高的环境中，需要降额使用。什么是降额呢？在设计电路的时候如何来电阻选型呢？可以打个比方：比如我们设计电路的时候，计算某个电阻实际功率是1/12W，这个时候一般会留余量，我们会选型1/10W（0603）甚至1/8W（0805）封装的电阻。但是，如果PCB板子的环境温度在110℃，差不多对应的降额曲线是50%，那么，如果我们原来用的是1/8W，这个时候只能当作1/16W功率的电阻来使用，然而，原来的实际所需功率为1/12W，很明显，是不能够满足我们的需求是吧。所以，需要考虑电阻的实际工作的环境温度，然后降额使用是吧。总结来说，如果需要的降额系数为50%，就是说1/4W的电阻只能当作1/8W来使用，具体要看环境工作温度对应的降额系数是多少。

4.2 温漂

对于贴片电阻来说，在不同的温度下，所呈现出来的阻值是有微小的变化的，我们一般在手册上看到的标称阻值都是在25℃环境温度下测到的阻值。那么，大家需要注意的是，电阻在不同的温度下，阻值随温度变化而变化，这个我们把它叫做——温漂。除了环境温度不同，电阻本身工作也会发热，也就是电阻的温升了——电阻表面温度减去环境温度。这里告诉大家的是，一般我们定义的环境温度是PCBA作为一个整体在密闭的空间中的温度为环境温度。打个比方，如果我们把控制器装在电机后盖中，然后用一个盖子盖起来，那么PCBA的环境温度就是盖子里面的环境温度了。一般情况下，对于这个环境温度测温点的定义由认证工程师或测试工程师来决定的，他们是根据行业标准或企业标准来执行的。

那么对于温漂，它有一个与之相关的概念：电阻温度系数(TCR)——温度每变化1度，对应阻值的变化量，单位是ppm/℃。比如说，±1ppm/℃，它表示温度每变化1度，对应的阻值变化是±百万分之一。

这里要注意它的措辞：当温度改变1度。而不是当温度升高1度，或下降1度。其实，这里的TCR，已经是取平均值了的，也就是平均电阻温度系数。，当然就无关乎是否正温度系数或负温度系数了，因为这里已经取平均了。

如下图所示：

贴片电阻的数据手册介绍，干货满满！（四）

3.1贴片电阻常用厂家及参考价格

我们之前和大家说到了，电子工程师要对贴片电阻的价格也要了解。那么，除了封装、精度、非标称阻值对价格影响的因素以外，不同品牌的贴片电阻，它的价格也是不同的。这里我们列举了常见的贴片电阻品牌，供大家参考，如下：

上面列举了常见的品牌厂家，蓝色标识的是一般贴片电阻常用的品牌了。那么，下面列举常用封装或精度的贴片电阻所对应的大概价格：

需要注意的是，上面的这些价格会根据市场有所浮动的，这里给大家做一些参考而已。另外，根据年采购量的不同，价格也会不同，需求量越大，价格也会越低。

3.2 规格型号识别

很多工程师在设计完电路图，然后经过元器件计算，是不是要开始选型了啊？最后要出一份BOM表是吧。那么，在我们的元器件BOM表里面，不能仅仅是阻值和精度对吧，而是要专门有一列来标明具体元器件对应的厂家的型号了。所以，贴片电阻选型的时候，也要对规格型号有了解。那么，下面给大家讲一下贴片电阻的型号如何识别，这里列举的是厚声贴片电阻的规格型号，如下所示：

1）1210：表示的是贴片电阻的1210封装；

2）W2：表示的是贴片电阻的功率，为1/2W；

3）F：表示的是贴片电阻的精度等级，为±1%；

4）220J：表示的是贴片电阻的阻值，22Ω；

5）T：表示的是贴片电阻的包装形式，Tape；

6）5：表示的是贴片电阻的单个包装的数量，5000pcs；

7）*：表示的是特殊参数，这个是厂家的内部代码。

那么，每个厂家的规格型号的标识一般是不一样的，所以，在选型的时候，大家需要参考数据手册进行选型了。