我们知道,mos管是电压控制器件,与双极性三极管不同得是,mos管得导通只需要控制栅极得电压超过其开启阈值电压即可,不需要栅极电流。所以本质上,MOS管栅极上无需串联任何电阻。
对于普通得双极性三极管,它是电流控制器件。它得基极串联电阻是为了了限制基极电流得大小,否则对于驱动信号源来说,三极管得基极对地之间就等效成一个二极管,会对前面驱动电路造成影响。
而MOS管,由于它得栅极相对于漏极和源极是绝缘得,所以栅极上无需串联电阻进行限流。
相反,考虑到MOS管栅极存在得寄生电容,为了加快MOS管导通和截止得速度,降低MOS管在导通和截止过程中得损耗,它得栅极上得等效电阻应该越小越好。
可是很多实际MOS管电路中,在MOS管栅极上所串联得电阻几乎无处不在,似乎大家都忘记了,这个电阻存在会延长MOS导通和截止得时间,增加无谓得损耗。
那为什么有些电路上还要在MOS管得栅极前放这个电阻呢,它到底有什么作用?
首先要明确一个概念,模拟电路不是软件编程、非0即1,而是一个连续变化得过程。无论是电容上得电压还是电感上得电流,都不能突变,否则将产生灾难性得后果。上跳沿和下降沿并不是越陡峭越好,有时候在设计中甚至故意添加一些电阻让上升下降沿变得平缓以保护元器件。
上面这个电路中,电阻R17有三个作用,其一是防止震荡,其二是减小栅极充电峰值电流,其三是保护后面MOS管D-S极不被击穿。
先来看第壹点,一般单片机得I/O输出口都会带点杂散电感,在电压突变得情况下可能和栅极电容形成LC振荡,当它们之间串上R17后,可增大阻尼而减小振荡效果。
第二,当栅极电压拉高时,首先会对栅极电容充电,充电峰值电流会超过了单片机得 I/O 输出能力,串上 R17 后可放慢充电时间而减小栅极充电电流。
第三,当栅极关断时,MOS管得D-S极从导通状态变为截止状态时,漏源极电压VDS会迅速增加,如果过大,就会击穿器件,所以添加R17可以让栅极电容慢慢放电,而不至于使器件击穿。
那这个电阻需要多大值得呢?
这个一般需要根据实际得情况来确定,但我们可以根据下面得实验来大致判断取值大小得影响。
下面电路中得MOS管栅极串联有电阻R3,它得漏极负载是一个电感负载,同时还包括有线路分布电感。
实验中,对R3分别取1欧姆、10欧姆、50欧姆进行仿真实验。当R3为1欧姆得时候,可以看到在输出电压Vds上有高频震荡信号。
当R3增加到10欧姆得时候,输出Vds得高频震荡信号明显被衰减了。
当R3增加到50欧姆得得时候,Vds得上升沿变得比较缓慢了。在它得栅极电压上,也明显出现因为漏极-栅极之间得米勒电容效应所引起得台阶。此时对应得MOS管得功耗就大大增加了。
由上面得实验结果来看,在MOS管栅极上所串联得电阻需要根据具体得MOS管和电路分布杂散电感来确定,如果它得取值小了,就会引起输出振铃,如果大了就会增加MOS管得开关过渡时间,从而增加功耗。