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读书笔记分享----模拟开关电路的设计

高工
2013-04-16 11:45:59    评分
 

----《晶体管电路设计》 铃木  MOS开关实验解析

读书是一种心态,分享是一种快乐

模拟开关时模拟信号开关电路中使用的开关器件,使用模拟开关,由于电路中没有机械性的开关结构,所以大大提高电路的可靠性,并且能够用于MCU管理的电路中,特别是数字电路控制模拟信号方面有很大优势,并且是电子产品的整体性能大大提高,最大的优点是开关速度快,从微秒到纳秒的数量级,是机械开关无法比拟。

下面通过阅读《晶体管电路设计》 铃木  MOS开关实验解析 这段内容,罗列几种电子开关的情况,分享一下。

1,使用二极管的开关

二极管是一种两端器件,二极管是一种单向导通器件,不可控,开关二极管只是一种叫法,并不是主动去控制二极管的开关,当电压正向是,二极管就打开,当电压反向是,二极管就关闭,所以说是开关二极管。为了使它接通和断开,必须从外部控制它的直流偏压,这就是使电路变得比较复杂,但有时,在高频范围,断开开关时输入输出间的隔离性能很好,所以经常用于高频电路。

下图是一个使用二极管的模拟开关。

 

图中,通过改变二极管上的所加的直流偏压使二极管接通和断开的模拟开关,但由于二极管加的直流偏压,所以不能够DC信号进行接通断开,主要用于高频电路。
2.使用三极管的开关
三极管是通过基极电流控制集电极电流的电流控制器件,当它做开关器件使用时控制开关的电流即基极电流会影响到信号电流,而且集电极-发射极间电流的方向,对于PNP三极管来说,从发射极流向集电极,而对于NPN三极管来说,从集电极流向发射极,都沿一个方向流动。如下图所以对于处理声音信号或传感器之类的输出的交流信号的模拟开关器件,不怎么使用三极管做开关。如下图

 




关键词: 模拟开关电路     读书笔记     分享    

高工
2013-04-16 11:47:12    评分
2楼

读书是一种心态,分享是一种快乐

如图处理电源或直流信号之类的模拟开关中经常使用三极管做开关,图中的例子就是这样使用,图中电路输出0V/5V 信号接通断开+15V的电源。






高工
2013-04-16 11:55:35    评分
3楼

读书是一种心态,分享是一种快乐

3.使用FET场效应管做开关
FET是一种由栅极电压控制漏极-源极间电流的电压控制型器件。作为开关器件使用时,流过栅极的电流只有非常小的漏极流过栅极,或加在栅极的电压对于流过漏极-源极的信号没有影响。而且漏极-源极间电流方向对于器件的工作也没有任何关系,所以可以使交流信号顺利通过,因此在开关低频交流信号的模拟电路中经常使用FET场效应管做开关。



高工
2013-04-16 12:01:08    评分
4楼

读书是一种心态,分享是一种快乐

场效应管MOSFET为压控元件,你只要加到它的压控元件所需电压就能使它导通,它的导通就像三极管在饱和状态一样,导通结的压降最小.这就是常说的精典是开关作用.去掉这个控制电压经就截止。


  用场效应管MOSFET作开关还能减少功耗,开关特性较好。但为了减少开关动作时的毛刺,一般还要用RC电路作一个“软开关”。



下面是对场效应管MOSFET及场效应管MOSFET驱动电路基础的一点总结,其中参考了一些资料,非全部原创。包括场效应管MOSFET的介绍,特性,驱动以及应用电路。


  1,场效应管MOSFET种类和结构 场效应管MOSFET是FET的一种(另一种是JFET),可以被制造成增强型或耗尽型,P沟道或N沟道共4种类型,但实际应用的只有增强型的N沟道场效应管MOSFET和增强型的P沟道场效应管MOSFET,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是这两种。 至于为什么不使用耗尽型的场效应管MOSFET,不建议刨根问底。 对于这两种增强型场效应管MOSFET,比较常用的是NMOS。原因是导通电阻小,且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中,一般都用NMOS。下面的介绍中,也多以NMOS为主。 场效应管MOSFET的三个管脚之间有寄生电容存在,这不是我们需要的,而是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动电路的时候要麻烦一些,但没有办法避免,后边再详细介绍。 在场效应管MOSFET原理图上可以看到,漏极和源极之间有一个寄生二极管。这个叫体二极管,在驱动感性负载(如马达),这个二极管很重要。顺便说一句,体二极管只在单个的场效应管MOSFET中存在,在集成电路芯片内部通常是没有的。


  2,场效应管MOSFET导通特性 导通的意思是作为开关,相当于开关闭合。 NMOS的特性,Vgs大于一定的值就会导通,适合用于源极接地时的情况(低端驱动),只要栅极电压达到4V或10V就可以了。 PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是,虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动,但由于导通电阻大,价格贵,替换种类少等原因,在高端驱动中,通常还是使用NMOS。


  3,MOS开关管损失 不管是NMOS还是PMOS,导通后都有导通电阻存在,这样电流就会在这个电阻上消耗能量,这部分消耗的能量叫做导通损耗。选择导通电阻小的场效应管MOSFET会减小导通损耗。现在的小功率场效应管MOSFET导通电阻一般在几十毫欧左右,几毫欧的也有。 场效应管MOSFET在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。场效应管MOSFET两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,场效应管MOSFET的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越高,损失也越大。 导通瞬间电压和电流的乘积很大,造成的损失也就很大。缩短开关时间,可以减小每次导通时的损失;降低开关频率,可以减小单位时间内的开关次数。这两种办法都可以减小开关损失。


  4,场效应管MOSFET驱动 跟双极性晶体管相比,一般认为使场效应管MOSFET导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。 在场效应管MOSFET的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而场效应管MOSFET的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计场效应管MOSFET驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。 第二注意的是,普遍用于高端驱动的NMOS,导通时需要是栅极电压大于源极电压。而高端驱动的MOS管导通时源极电压与漏极电压(VCC)相同,所以这时栅极电压要比VCC大4V或10V。如果在同一个系统里,要得到比VCC大的电压,就要专门的升压电路了。很多马达驱动器都集成了电荷泵,要注意的是应该选择合适的外接电容,以得到足够的短路电流去驱动场效应管MOSFET。 上边说的4V或10V是常用的场效应管MOSFET的导通电压,设计时当然需要有一定的余量。而且电压越高,导通速度越快,导通电阻也越小。



高工
2013-04-16 12:01:18    评分
5楼

读书是一种心态,分享是一种快乐

5,场效应管MOSFET应用电路 场效应管MOSFET最显著的特性是开关特性好,所以被广泛应用在需要电子开关的电路中,常见的如开关电源和马达驱动,也有照明调光。 这三种应用在各个领域都有详细的介绍,这里暂时不多写了。以后有时间再总结。


  简单的说三极管是电流控制元件,场效应管MOSFET是电压控制元件场。效应管MOSFET在开关电源中期开关作用用的最多,用时注意一下,电流,电压就可以了。也可以放大作用。



高工
2013-04-16 15:08:04    评分
6楼

读书是一种心态,分享是一种快乐

使用FET场效应管做开关的内阻的一些问题


在实际使用场效应管做开关时,还要考虑它的几个重要参赛。现就mos管的内阻做一些经验总结,MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗,就是常说的内阻,数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON) 是一个相对静态参数。


在 DC 电路中,并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。比如,两个并联的2Ω 电阻相当于一个1Ω的电阻 。因此,一般来说,一个低RDS(ON) 值的MOS管,具备大额定电流,就可以让使用者把开关中所用MOS管的数目减至最少。


 







菜鸟
2013-04-16 22:03:51    评分
7楼

读书是一种心态,分享是一种快乐

还喊口号呢,,向楼主学习,,写的很不错,学习


专家
2013-04-17 00:37:30    评分
8楼

行啊~~

肿么写都给加分~~


还是建议分成单独的主题帖,形成连载的形式。主要是为了方便就某一个主题进行讨论。



高工
2013-04-17 09:44:50    评分
9楼
没有办法,喊口号是要求,读书是自发的。分享是快乐,,呵呵

高工
2013-04-17 16:59:50    评分
10楼

单独的主题帖,形成连载的形式,,

这样的不就是连载么,,呵呵,好像没见规范格式。


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