三极管作为MOSFET驱动电路的几个好处

说实话,这些电路大多都是在面试或者课本里出现,考察一下大家对三极管的理解。 但真正在实际电路中,很少看到三极管工作在放大区。
说到这里,也给在学校的大学生们吃个定心丸,课本里一天天“集电极正偏”“共集共射”这个极正偏那个极反偏,说实话在工作里没多大用处,你把这些题都做会也设计不出来实际的电路; 设计实际电路的工程师也不一定会解题。
所以不必被这些图吓着,在实际应用中,更多的,三极管被用来作为逻辑,或者驱动电路,那么更多的是了解其开关特性就足够了。
今天来讲一个在实际案例中使用的比较多的一个场景,就是三极管作为mosfet的驱动电路:
先放一张pmos的图,以便方便对应下面应用的图中各个极的名称。 好的,然后我们直接跳到下面这个实际电路中(假设m1是pmos)r1这里画的有问题请忽略那一条线。
先大致看一下这个电路的逻辑。
当三极管q1的基极驱动为低电平,q1不导通,pmos m1的vgs没有电压差,m1右侧无电压;
当三极管q1的基极驱动为高电平,q1导通,pmos的vgs接近-12v,m1导通,右侧为v2输入电压12v。
当然顺便写一下pmos导通的条件,我知道很多人都不会记得:
pmos(p型金属氧化物半导体场效应管)导通的条件是其 栅极电位低于源极电位 ,形成正向偏置,使得沟道中形成一个可导电的电子通道,从而形成漏极-源极导通的通路。 (关注公众号 电路一点通)当pmos的栅极电位低于源极电位一定的阈值电压时,漏极-源极通路的电阻会显著降低,pmos器件就开始导通了。 (哪个是栅极,源极,漏极对照上面的图,不能再帮更多了)
理解了原理,我们更进一步,如何给电阻电容取值。
先看连接pmos gate的 r2 ,对于pmos来说,gate上的阻抗很大,所以r2可以选择较大的电阻,这里流过它的电流无论如何都很低。
r3: 选择10k,经验法则,当三极管导通时,流过它的电流为12/10k=1.2ma. 这里需要返回去查三极管的手册,
2n3904查到电流放大倍数大约在80左右,所以ib=1.2ma/80=15ua。
**r1: **根据ib的电流就很容易算出r1的阻值,假设三极管的驱动电压为3.3v,那么r1就为(3.3-0.7)/15ua=173k.
我们上面刚刚说过,多数三极管的应用 ,我们根本不会用到其放大区的功能。
当ic已知时,根据三极管的特性曲线,可以得到对应的最大ib值,也就是使三极管处于放大区的临界值。 如果ib超过了这个临界值,三极管就可能进入饱和区,导致输出信号失真。
那我们是希望其进入饱和区,所以r1选择比173kω小就ok,这里我们选择了10k。
最后的最后,再讲讲为什么mosfet需要三极管来驱动,当前没有看到一篇文章来讲这个事情,可能大多数工程师也是根据过往的经验法则。
在mosfet开关电路中,使用三极管作为驱动电路可以带来以下几个好处:
降低开关电路的驱动电压要求 :mosfet需要一定的门极电压才能开启,但在实际应用中,需要对门极电压进行一定程度的升压以达到要求的电压水平。 使用三极管作为驱动电路可以通过其电压放大功能,将门极电压升高到所需的水平,从而降低了对驱动电压的要求。
提高开关速度和响应速度 :使用三极管作为驱动电路可以提供更高的驱动电流,从而加快mosfet的开关速度和响应速度,降低开关过程中的功耗和损耗。
提高开关效率和稳定性 :由于三极管具有较高的电压放大系数和电流放大系数,可以提供稳定的电流和电压输出,从而提高开关电路的效率和稳定性。
需要注意的是,使用三极管作为mosfet驱动电路也存在一些缺点,如驱动电路复杂度较高、功耗较大等,因此在实际应用中需要根据具体情况进行权衡和选择。
最后再说一下c1的作用,mosfet和三极管一样,都比较灵敏,这里为了防止误导通,所以增加这个rc。


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