场效应管的技术参数有哪些?其有什么含义?
场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。
以下是场效应管(FET,包括MOSFET、JFET等)的主要技术参数及其含义的中文解释:
一、 核心电气参数
-
漏源击穿电压(V<sub>DS(BR)</sub> / V<sub>DSS</sub>)- 含义:FET漏极(D)与源极(S)之间所能承受的最大反向电压,超过此电压会导致器件击穿损坏。
- 设计意义:需确保实际电路电压低于此值(通常需保留20-50%裕量)。
-
栅源击穿电压(V<sub>GS(BR)</sub>)- 含义:栅极(G)与源极(S)之间绝缘层(如MOSFET的氧化层)能承受的最大电压,超压会永久损坏栅极。
- 设计意义:驱动电路输出必须限制在此值以下。
-
连续漏极电流(I<sub>D</sub>)- 含义:在指定温度(常为25℃)和散热条件下,允许长期通过的漏极电流最大值。
- 设计意义:决定FET的电流承载能力,需结合散热设计考虑。
-
脉冲漏极电流(I<sub>DM</sub>)- 含义:短时脉冲(如μs~ms级)允许的峰值漏极电流,通常远高于连续电流。
- 设计意义:用于应对启动、短路等瞬态过流场景。
二、 导通特性参数
-
导通电阻(R<sub>DS(on)</sub>)- 含义:FET完全导通时,漏极到源极之间的等效电阻。
- 意义:
- 直接影响效率:RDS(on)越小,导通损耗越低(损耗 = I²·R)。
- 与温度相关:温度升高时RDS(on)会显著增大(尤其硅基器件)。
-
栅极阈值电压(V<sub>GS(th)</sub>)- 含义:使FET开始导通(产生微小漏极电流,如250μA)所需的最小栅源电压。
- 意义:
- 驱动需求:驱动电压必须高于VGS(th)以保证完全导通(常需高出2-10V)。
- 类型区分:
- 增强型FET:VGS(th) > 0(如+2V)。
- 耗尽型FET:VGS(th) < 0(如-2V)。
三、 开关特性参数
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输入电容(C<sub>iss</sub>)- 计算公式:Ciss = Cgs + Cgd(栅源电容 + 栅漏电容)
- 意义:影响栅极充电时间,驱动电路需提供足够电流为其充电。
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输出电容(C<sub>oss</sub>)- 计算公式:Coss = Cds + Cgd(漏源电容 + 栅漏电容)
- 意义:开关过程中产生容性损耗(Eoss = ½CossV²),影响高频效率。
-
反向传输电容(C<sub>rss</sub>)- 等同:Cgd(栅漏电容)
- 意义:米勒电容,通过米勒效应延长开关时间,易引起振荡,需优化驱动阻抗。
-
栅极总电荷(Q<sub>g</sub>)- 含义:使FET从关断到完全导通所需的总栅极电荷量。
- 意义:
- 驱动功耗:驱动损耗 = Qg × VGS × f(开关频率)。
- 选型关键:高频应用中优先选择低Qg的FET以降低损耗。
-
开关时间(t<sub>d(on)</sub>/t<sub>d(off)</sub>、t<sub>r</sub>/t<sub>f</sub>)- 包含:开启延迟、关断延迟、上升时间、下降时间。
- 意义:决定开关速度,影响高频应用的效率与EMI。
四、 功率与热参数
-
最大功耗(P<sub>D</sub>)- 含义:器件允许的最大功率耗散值(需在指定散热条件下实现)。
- 计算公式:PD = (Tj(max) - Tc) / RθJC(Tc为壳温)。
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热阻(R<sub>θJA</sub>、R<sub>θJC</sub>)- RθJC:结到壳的热阻(单位℃/W),由器件本身决定。
- RθJA:结到环境的热阻(含散热器),决定实际散热能力。
- 设计公式:Tj = Ta + Ploss × RθJA(Tj需低于最大结温)。
五、 二极管特性(体二极管参数)
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体二极管正向压降(V<sub>SD</sub>)- 含义:FET内部寄生二极管导通时的正向压降(在同步整流等应用中至关重要)。
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反向恢复时间(t<sub>rr</sub>)与电荷(Q<sub>rr</sub>)- 意义:体二极管从导通到关断时,反向电流消失的时间与电荷量,影响开关噪声和损耗。
六、 频率特性
特征频率(f<sub>T</sub>)- 含义:电流增益降为1时的频率,反映器件的理论最高工作频率。
- 公式:fT ≈ gm / (2π·Ciss)。
七、 其他参数
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跨导(g<sub>m</sub>)- 含义:漏极电流变化量与栅源电压变化量之比(ΔID/ΔVGS),反映电压控制电流的能力。
- 意义:gm越高,同等驱动电压下控制电流能力越强。
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雪崩能量(E<sub>AS</sub>)- 含义:FET在雪崩击穿状态下能承受的单次脉冲能量(应对感性负载关断时的电压尖峰)。
参数选择关键点总结
- 电压/电流:根据电路需求保留足够裕量(建议VDS留30%以上,ID结合散热评估)。
- 导通损耗:优先选择低RDS(on) 的器件(尤其大电流应用)。
- 开关损耗:高频电路(>100kHz)需关注 Qg、Coss、tr/tf。
- 热管理:计算实际Tj确保不超过Tj(max)(一般硅器件≤150℃,SiC/GaN可达175-200℃)。
- 驱动兼容性:VGS(th)必须与驱动电路匹配,避免欠驱动(导通不彻底)或过驱动(损坏栅极)。
✅ 提示:参数值会随温度、电压变化,需查阅器件手册中的曲线图(如RDS(on) vs Tj、Qg vs VGS等)进行精确设计。
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