Eddie 發問時間: 科學工程學 · 1 0 年前

MOSFET的使用

1.MOSFET大部份都是用來當開關使用,那麼可拿來當放大器使用嗎?

2.NMOS如果拿來當開關使用,那麼是不是只要Vgs大於Vt就可以是開關的on了?

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    2.積體電路由電晶體及連線組合而成,其中連線造成訊號傳遞的時間延遲(delay),而電晶體在數位電路中則主要作為開關(switch)使用。作為開關的電晶體主要是透過閘極電壓進行控制,而控制的方式則是依閘極與源極的電位差(VGS)來作決定。對於一個加強型(enhancement mode)的NMOS(PMOS)元件而言,它的開關電壓為正值(負值),稱為臨界電壓(threshold voltage, VTH)。VTH的推導計算非常複雜,受到製程參數及偏壓影響甚大。在早期的製程中,NMOS元件(PMOS元件)的臨界電壓約在0.8V到1.0V(-1.0V到-0.8V) 。在數位電路中,可以將VTH視為 “神奇切換電壓”,亦即VGS大於VTH時,方有載子運動的通道(channel)形成,元件會流電流;反之VGS小於VTH,則無通道存在,因此不會有導通電流。請參考圖一(a)及(b)的示意說明。另外,當開關閉合(元件turn on),這時源極及汲極間的等效電阻值Ron主要由偏壓條件來決定它的大小。而當開關打開(元件turn off),這時汲極與源極間沒有電位傳遞關係,兩者間電阻值無限大,視為開路。

    1.理想的D類放大器應有100%的效率,因為它會將相同的功率從電源送至負載。D類放大器的理想MOSFET若處於導通狀態下,它的汲極至源極電阻rDS(on)應為零,截止狀態下的汲極至源極電阻rDS(off)則為無限大。不幸的是,所有MOSFET電晶體的rDS(on)都不會等於零,rDS(off)也只是有限值。rDS(on)和rDS(off)造成的功耗又稱為導通功耗,rDS(on)、rDS(off)和輸出負載或喇叭RL會形成分壓器,rDS(off)的值很大,在計算效率時可忽略。

    方程式5是效率公式,其定義為輸出功率與供應功率之比。濾波器電感或喇叭電感 (對於無濾波器設計) 會將高頻開關電流降低,使得此處所用的電流就是音頻電流,開關電流功耗將在後面討論的靜態功耗中列入考慮。通過rDS(on)的電流等於通過負載的電流,因此方程式5的輸出功率項可以去掉,這使得導通功耗對於效率的影響變成與輸出功率無關。方程式7就是在導通功耗影響下的效率值。

    圖片參考:http://www.ti.com.tw/art_img/classDamp/image012.gi...

    方程式7可做為一階近似值,用來計算rDS(on)對於效率的影響,假設rDS(on)為0.1 Ω,負載阻抗RL為4 Ω,則效率值為95%;如果rDS(on)增加至0.3 Ω,則效率值將下降至87%。

    放大器的偏壓電流、閘極電荷和開關電流也會產生功耗,為計算在兩種或多種功耗影響下的效率值,方程式5中的PSUP必須分開成輸出功率項和功耗項。

    圖片參考:http://www.ti.com.tw/art_img/classDamp/image014.gi...

    導通功耗是最大輸出功率時最主要的功耗,因此放大器的偏壓電流、閘極電荷和開關電流損耗可視為與輸出功率無關,我們可將這三項加在一起成為靜態功耗PQ。靜態功耗的計算方法如下:在元件處於工作區而沒有輸入訊號時 (但是包含實際生產時會使用的濾波器和負載) 量測它的供應電流,將此電流乘上供應電壓即可得到靜態功耗。

    PQ = IDD(q) VCC (10)

    要使用效率方程式 (9),必須從方程式7中求出導通功耗值。利用方程式7和9求解導通功耗

    圖片參考:http://www.ti.com.tw/art_img/classDamp/image016.gi...

    ,結果將如方程式12所示。

    圖片參考:http://www.ti.com.tw/art_img/classDamp/image018.gi...

    將方程式10和12的功耗帶入方程式9,即可得到D類放大器的效率。

    圖片參考:http://www.ti.com.tw/art_img/classDamp/image020.gi...

    從上式可看出,輸出功率很小時,靜態功耗的影響最大,但當輸出功率很高時,導通功耗就成為主要的功耗來源。

    D類放大器的效率遠高於AB類放大器,更高效率意味著更低功耗,這讓12 V的D類放大器無需散熱片就能直接使用,而同等級的AB類放大器卻需要安裝散熱片。圖7是立體聲道D類放大器TPA3002D2的功耗量測值與理想的立體聲道AB類放大器功耗值之比較結果,在10 W輸出功率下,TPA3002D2在4 Ω阻抗的功耗只有3.7 W,同等級的AB類放大器卻會消耗14 W!

    http://www.ti.com.tw/articles/detail.asp?sno=49&ca...

    提供網頁資料給大大參考

    參考資料: 天之心
  • 1 0 年前

    MOSFET有設計供開關使用的型號 也有設計供線性放大器使用的型號

    早期還有音響的發燒友宣稱使用MOSFET的功率放大器所發出的聲音是直逼真空管功率放大器的最接近高傳真的音響

    至於"NMOS如果拿來當開關使用,那麼是不是只要Vgs大於Vt就可以是開關的on了?"那要看你選用的是那種類型的NMOS了 有興趣的話可以查察一些DATA SHEET 如果你能看懂特性曲線圖的話 對你將有最大的幫助

  • LRC
    Lv 7
    1 0 年前

    1.MOSFET大部份都是用來當開關使用,那麼可拿來當放大器使用嗎?

    可以,只是驅動能力較BJT差,但還是可做類比放大

    2.NMOS如果拿來當開關使用,那麼是不是只要Vgs大於Vt就可以是開關的on了?

    這要看你定義,勉強來說當然可以,但若僅稍大於Vt並不算很好的 on state,要效果好當然要高點較佳

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