耗尽型MOSFET的典型用途


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我使用增强型MOSFET已有很长时间了。但是我从未见过任何使用耗尽型MOSFET的电路。

耗尽型MOSFET的一些典型用例是什么?

Answers:


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的确,它们的使用不是很广泛,但是仍然有一些可用的理由。

作为分立设备:

作为简单的恒流源

如果在源极和栅极之间放置一个电阻,则会创建一个恒定电流源:

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如果电流增加,它将增加电阻两端的电压降,从而降低栅极电压,这将使MOSFET稍微关断。如果电流减小,则MOSFET会导通一点。这样总会找到平衡点,因此您的电流源只有两个分量,它们的电流仅取决于电阻和栅极阈值(尽管不是很准确)。

作为SMPS耗材启动电路的一部分

这些电源在初级侧(220V或110V)使用控制器芯片。芯片需要一些低压才能正常运行(通常为10V),该电压可以由变压器上的辅助绕组提供,以提高效率(如果您通过使用齐纳二极管将初级电压降低到高压来为芯片供电,会浪费一些功率,这在低负载时变得非常重要。很好,但是当电源启动时,辅助绕组上尚无电压,因此控制器无法通电,也无法启动。

因此,至少在启动过程中,必须以某种方式通过降低高压为控制器供电。但是,一旦启动,并且可以使用辅助绕组为控制器供电,您就想切断这条浪费功率的电流路径。如果用耗尽FET进行操作,则非常简单:基本上,您只需将其源极设置为控制器的电源引脚,将其栅极设置为控制器的接地,并将漏极设置为高电压(这是简化视图):

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这样,当控制器未上电时,高压将为控制器供电(栅极上无电压),并且一旦控制器上电,高压路径将被中断(栅极上的负电压)。使用增强模式Fet进行此操作的其他所有方式均效率较低(更多的组件,更复杂的功能,更浪费的功率)。这就是为什么您可以找到的大多数标准耗尽模式传感器实际上都是高压部件的原因。

作为过压保护元件

该应用仅限于信号或低电流电源的保护,因为耗尽脚通常具有很高的RDSon。这是典型的电路:

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即使信号电压过高,栅极也会保持齐纳电压。因此,输出将无法超过Vz + VGSthreshold,因为MOSFET随后将停止导通。它实际上就像一个稳压器,并钳位信号。您可以用它来保护IC输入,在标称情况下,唯一的结果就是MOSFET的RDSon(阻抗比电阻和齐纳二极管低)。

注意上面的电路看起来像一个简单的NPN稳压器。但是,有一个很大的区别:使用NPN稳压器,输出电压为Vz-0.6V。使用耗尽型FET时,输出电压为Vz + VGSth。钳位输出高于参考值。

使用稳压器的过电压保护的另一个示例:

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原理与上述相同,除了我们将调节器输出直接用作馈送至栅极的参考电压(可以避免使用齐纳二极管)。这就是FET的输出高于基准电压的事实有用的地方:基准电压为5V稳定电压,您知道将为稳压器压降提供VGSth。

因此,由于对于高额定电压可以轻松获得耗尽FETS,因此您可以使调节器能够轻松承受数百伏的电压(适用于电源电压)。再次提醒您,此操作只能在低电流(几十毫安)下完成。

在集成电路内:

它们一次也被用于逻辑IC(80年代初)。

基本上,它们被用作高级传输元件,而不是现在用于CMOS IC的P型FET。它主要用作上拉电阻,当输出较低时其值会增大,以降低功耗并在高电平状态下仍具有低阻抗。逆变器门示例:

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请参阅“ depletion-load_NMOS_logic”维基百科条目


额外资源

有一些应用笔记可提供更多信息:

  • Infineon提供,描述了通用耗尽FET的用法(SMPS启动电路示例来自此文档)。
  • 来自IXYS,描述了许多当前来源的用法。(带有7805示例电路的过压保护来自此文档)。
  • Maxim的,描述用于信号过电压保护。
  • ALD提供,它还提供了有关耗尽型FET构造的信息。

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暗淡是正确的。我只想补充一点,由于它们稀有且比增强版同行贵,因此设计师将尝试以其他方式解决启动问题。同样,耗尽MOSFET就像撬棒一样,以防万一发生故障并且您失去对它的驱动力,可能是由于MCU故障或您所拥有的,您将拥有明确定义的输出状态,栅极-源极电压或任何关键的信号,绑定为零,没有火灾/失控。
Winny

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@winny确实,您的评论使我想到了他们找到用处的第三个领域:过压保护。我将添加。

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在较旧的IC(尤其是某些较旧的处理器)中,我们有耗尽负载设备。我似乎想起了许多英特尔设备实际上已经将其作为标题的一部分。en.wikipedia.org/wiki/Depletion-load_NMOS_logic
彼得·史密斯

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耗尽型场效应晶体管在需要非常低电压工作的能量收集中非常有用。典型的耗尽型场效应晶体管将胜过Si BJT甚至比Ge BJT更好。确定的耗尽型场效应晶体管确实很少见,但从生产的角度来看它们是与Ge BJT相比,它不那么令人讨厌。另一种用途是在恢复Vintage收音机时更换阀门。可以轻松找到音频阀门,但是无线电阀门有时却不含铅。小型高压耗尽型MOSFET的栅极电容低,使其成为RF / IF /混频器的潜在候选者。


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既不是增强模式也不是耗尽模式的设备怎么样?还是模棱两可?

许多CMOS工艺中都有“本机”晶体管。这些是未应用某些注入的晶体管,因此其阈值电压非常低。在某些过程中,此阈值变为负值(对于NMOS),因此是一种耗尽设备。

它们的存在使它们可用于偏置电路,上拉/下拉到轨以及运放以实现轨到轨(RR)操作。尽管没有必要使用本征晶体管来实现RR操作。

在偏置电路中,它们非常方便,因此您可以在加电期间进行主动控制(这些电路首先处于活动状态),并且还可以扩大工作范围,例如,经典的电流镜不会靠近导轨工作(低于Vth) 。您可以使用主动设备在其次阈值操作区域中控制普通设备。

因此,即使在当今世界上,这些设备也比人们想象的要普遍得多。

需要注意的是,这些设备上的Wikipedia条目指出存在其他植入物是错误的。虽然在某些情况下可能是对的,但据我所知,在大约5个不同的代工厂中,这些设备已取消了处理步骤。

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