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如何选择用于逻辑电路或栅极设计的 MOSFET
MOS（金属氧化物半导体）系列的场效应晶体管也称为 MOSFET，是常见高压高电流电压驱动型开关应用的首选半导体。它们比其电流驱动型前身 BJT（双极结型晶体管）更受欢迎。在开关应用的另一端，逻辑电平 MOSFET 在处理器和其他小信号器件的构造中占主导地位，这主要是由于其具有更高的效率和高速开关能力。
就配置而言，MOSFET 的内部工作方式与 BJT 明显不同，但仍在发生导电性的地方使用带有增强型或耗尽型沟道的 N 和 P 结。有关 MOSFET 结构和操作的基本说明，请查看 Digi-Key Electronics 在 eewiki 上的文章。
许多微控制器试验板或 PCB 项目指定 TTL 逻辑使用 BJT 晶体管，例如常见的 2N3904 (NPN) 或 2N3906 (PNP)。它们确实在有或没有预偏置基极的情况下都性能良好，但效率较低，并且在某些情况下响应时间比同类 CMOS 产品慢。
无论是使用 3.3 V 还是 5 V 逻辑，这些电压与接地之间都有阈值，这些阈值决定了逻辑上的高或低。此外，还需要高电平和低电平之间的一系列电压充当缓冲区，通常称为“非法”区域，以确保固态高电平和固态低电平之间的临界点不会太突然，否则可能会导致输出无法预测（图 1）。
选择逻辑电平 N 沟道 MOSFET 时要考虑的参数
栅极-源极阈值电压 - Vgs(th)(min) 和 Vgs(th)(max)：等于或低于最小阈值的栅极电压会关闭 MOSFET。5 V 逻辑的常见最小栅极电压可能介于 0.5 V 至 1 V 之间。高于最大阈值的栅极电压会打开 MOSFET。介于最小值和最大值之间的栅极阈值电压可能会打开或关闭 MOSFET，因此必须加以避免。请注意，图 1 中最小值和最大值之间的区域如何与非法区域大致重合。
图 1
漏极-源极导通电阻 - Rds(on)：导通时，漏极与源极之间会存在电阻，而且该电阻随栅源电压或 Vgs 的增加而减小。请选择一个 MOSFET，其最低 Rds(on) 值出现在或接近理想的逻辑高电压值，并且在较高的 Vgs 值下不会明显降低。请见图 2。
图 2
示例：根据规格书，Infineon 的 IRLZ44 MOSFET 在 5 V 时的漏源电阻为 25 mΩ，在 4 V 时为 35 mΩ，在 10 V 时为 22 mΩ。在 5 V 时，其 Rds(on) 值仅比 10 V 时的值高 3 mΩ，但比 4 V 时的 Rds(on) 值低 10 mΩ，因此就 Rds(on) 而言，它是一个不错的选择。
图 3
输入电容 - Ciss：MOSFET 的栅极、氧化层和主体连接的组合充当一个小型电容，当栅极上有电压时开始充电。充电需要时间，从而会导致导通状态延迟。因此，需选择输入电容尽可能最低的 MOSFET，以避免长时间延迟并尽量减小冲涌电流；该冲涌电流最初可能非常高，但会随着电容充电而减小。理想情况下，导通状态延迟极短，但可能会产生足够的浪涌，从而损坏电流输出容量有限的 I/O 引脚。
在引脚和栅极之间放置限流电阻，可防止 I/O 引脚消耗过多的电流。
若使用直接连接到微控制器输出引脚的 MOSFET，应根据需要使用外部电阻将 MOSFET 栅极上拉或下拉，以防 MCU 启动和复位期间 MOSFET 产生浮置栅极逻辑和不必要的输出。
在为逻辑电路或栅极设计选择 MOSFET 时，您可以从上述参数入手并进行微调，同时还要考虑散热和其他性能参数。请在下一个项目设计中大胆尝试 MOSFET 吧。
关于此作者
Don Johanneck 是 DigiKey 的技术内容开发人员，自 2014 年以来一直在该公司工作。他最近刚转岗到现在的职位，负责撰写视频说明和产品内容。Don 通过 DigiKey 奖学金计划获得了北国社区技术学院电子技术和自动化系的应用科学副学士学位。他喜欢无线电控制建模，老式机器修复和修补。
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