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如何選擇三極管和場(chǎng)效應(yīng)管?看這篇就夠了

發(fā)布時(shí)間:2019-11-21 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】隨著電子設(shè)備升級(jí)換代的速度,大家對(duì)于電子設(shè)備性能的標(biāo)準(zhǔn)也愈來愈高,在某些電子設(shè)備的電路設(shè)計(jì)與研發(fā)中,不僅是開關(guān)電源電路中,也有在攜帶式電子設(shè)備的電路中都是會(huì)運(yùn)用到性能更好的電子元器件——場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
 
隨著電子設(shè)備升級(jí)換代的速度,大家對(duì)于電子設(shè)備性能的標(biāo)準(zhǔn)也愈來愈高,在某些電子設(shè)備的電路設(shè)計(jì)與研發(fā)中,不僅是開關(guān)電源電路中,也有在攜帶式電子設(shè)備的電路中都是會(huì)運(yùn)用到性能更好的電子元器件——場(chǎng)效應(yīng)晶體管。因此正確挑選場(chǎng)效應(yīng)晶體管是硬件工程師常常碰到的難點(diǎn)之一,也是極其重要的1個(gè)環(huán)節(jié),場(chǎng)效應(yīng)晶體管的挑選,有可能直接影響到一整塊集成運(yùn)放的速率和制造費(fèi),挑選場(chǎng)效應(yīng)晶體管,可以從下列六大技巧下手。

1、溝道類型
挑選好場(chǎng)效應(yīng)晶體管電子元件的第一步是取決選用N溝道或是P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在典型的功率使用中,當(dāng)1個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管接地,而負(fù)載接入到干線電壓上時(shí),該場(chǎng)效應(yīng)晶體管就組成了低壓側(cè)開關(guān)。在低壓側(cè)開關(guān)中,應(yīng)選用N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管,它是出自于對(duì)關(guān)閉或?qū)娮釉妷旱目紤]。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管接入到總線及負(fù)載接地時(shí),就需要用高壓側(cè)開關(guān)。一般會(huì)在這一拓?fù)渲羞x用P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管,這又是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)的考慮。

如何選擇三極管和場(chǎng)效應(yīng)管?看這篇就夠了

2、額定電壓
明確需用的額定電壓,或是電子元件能夠承載的最高電壓。額定電壓越大,電子元件的成本就越高。按照實(shí)踐證明,額定電壓應(yīng)該高于干線電壓或總線電壓。這樣才可以提供足夠的保護(hù),使場(chǎng)效應(yīng)晶體管不會(huì)失靈。

就挑選場(chǎng)效應(yīng)晶體管來講,務(wù)必明確漏極至源極間將會(huì)承載的最高電壓,即最大VDS。了解場(chǎng)效應(yīng)晶體管能承載的最高電壓會(huì)隨溫度而變動(dòng)這點(diǎn)非常關(guān)鍵。我們須在整個(gè)操作溫度范圍內(nèi)檢測(cè)電壓的變動(dòng)范圍。額定電壓一定要有足夠的余量覆蓋這一變動(dòng)范圍,保障電路不會(huì)無效。需要考慮的其它安全因素包含由開關(guān)電子產(chǎn)品(如電機(jī)或變壓器)引起的電壓瞬變。不同使用的額定電壓也各有不同;一般來說,便攜式設(shè)備為20V、FPGA電源為20~30V、85~220VAC應(yīng)用為450~600V。

如何選擇三極管和場(chǎng)效應(yīng)管?看這篇就夠了

3、額定電流
該額定電流應(yīng)是負(fù)載在全部狀態(tài)下可以承載的最高電流。與電壓的情形類似,保證選定的場(chǎng)效應(yīng)晶體管能經(jīng)受這一額定電流,即便在系統(tǒng)造成尖峰電流時(shí)。2個(gè)考慮的電流情形是持續(xù)模式和脈沖尖峰。在持續(xù)導(dǎo)通模式下,場(chǎng)效應(yīng)晶體管處在穩(wěn)態(tài),這時(shí)電流持續(xù)通過電子元件。脈沖尖峰指的是有大量電涌(或尖峰電流)流經(jīng)電子元件。一旦明確了這些條件下的最高電流,只需直接挑選能承載這個(gè)最高電流的電子元件便可。

4、導(dǎo)通損耗
在實(shí)際情況下,場(chǎng)效應(yīng)晶體管并不一定是理想的電子元件,歸因于在導(dǎo)電過程中會(huì)有電能消耗,這叫做導(dǎo)通損耗。場(chǎng)效應(yīng)晶體管在“導(dǎo)通”時(shí)好比一個(gè)可變電阻,由電子元件的RDS(ON)所確認(rèn),并隨溫度而明顯變動(dòng)。電子元件的功率損耗可由Iload2×RDS(ON)估算,因?yàn)閷?dǎo)通電阻隨溫度變動(dòng),因而功率損耗也會(huì)隨著按占比變動(dòng)。對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管施加的電壓VGS越高,RDS(ON)就會(huì)越?。环粗甊DS(ON)就會(huì)越高。注意RDS(ON)電阻會(huì)隨著電流輕微升高。關(guān)于RDS(ON)電阻的各類電氣叁數(shù)變動(dòng)可在生產(chǎn)商出示的技術(shù)資料表里得知。

5、系統(tǒng)散熱
須考慮二種不一樣的情況,即最壞情況和具體情況。提議選用針對(duì)最壞情況的計(jì)算結(jié)果,由于這一結(jié)論提供更大的安全余量,能確保系統(tǒng)不易失靈。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的材料表上還有一些必須留意的測(cè)量數(shù)據(jù);電子元件的結(jié)溫相當(dāng)于最大環(huán)境溫度再加熱阻與功率耗散的乘積(結(jié)溫=最大環(huán)境溫度+[熱阻×功率耗散])。依據(jù)這個(gè)式子可解出系統(tǒng)的最大功率損耗,即按定義相當(dāng)于I2×RDS(ON)。我們已即將通過電子元件的最大電流,能夠估算出不同溫度下的RDS(ON)。此外,也要搞好電路板以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管的散熱。

雪崩擊穿指的是半導(dǎo)體器件上的反向電壓超出最高值,并產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)使電子元件內(nèi)電流增加。晶片尺寸的增加會(huì)增強(qiáng)抗雪崩能力,最后提高電子元件的穩(wěn)健性。因而挑選更大的封裝件能夠有效避免雪崩。

6、開關(guān)性能
影響開關(guān)性能的叁數(shù)有好多,但最關(guān)鍵的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會(huì)在電子元件中產(chǎn)生開關(guān)損耗,因?yàn)樵诿恳淮伍_關(guān)時(shí)都要對(duì)它們充電。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開關(guān)速度因而被減少,電子元件效率也降低。為計(jì)算開關(guān)過程中電子元件的總耗損,要計(jì)算開通過程中的耗損(Eon)和關(guān)閉過程中的耗損(Eoff)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)的總功率可用如下方程表達(dá):Psw=(Eon+Eoff)×開關(guān)頻率。而柵極電荷(Qgd)對(duì)開關(guān)性能的影響最大。

晶體三極管選用技巧
必須了解晶體管的類型和材料,常用的有NPN和PNP兩種,這兩種管工作時(shí)對(duì)電壓的極性要求不同,所以是這兩種晶體管是不能互相替換的。三極管額材料有鍺材料和硅材料,它們之前最大的差異就是其實(shí)電壓不一樣。在放大電路中,假如使用同類型的鍺管代替同類型的硅管,反之替換,一般都是可以的,但都要在基極偏置電壓上進(jìn)行必要的調(diào)整。因?yàn)樗麄兊钠鹗茧妷翰灰粯樱窃诿}沖電路和開關(guān)電路中不同材料的三極管是否能互換必須進(jìn)行具體的分析,切不可盲目代換。

場(chǎng)效應(yīng)管選用技巧
選取場(chǎng)效應(yīng)管只要三步:
1.選擇須合適的勾道(N溝道還是P溝道)
2.確定場(chǎng)效應(yīng)管的額定電流,選好額定電流以后,還需計(jì)算導(dǎo)通損耗。
3.確定熱要求,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到最壞和真實(shí)兩種情況。一般建議采用針對(duì)最壞的結(jié)果計(jì)算,因?yàn)檫@個(gè)結(jié)果提供更大的安全余量,能夠確保系統(tǒng)不會(huì)失效。
 
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