在查看将分立FET用作开关的电路图时你会发现,一些电阻会以串联方式接入FET的栅极和驱动它的元件之间。以下述电路图为例。
使用R1的原因请参见FET为何无法断开?一帖,但R2呢?
R2本质上是为了限制电流峰值涌入隐形栅源电容(如FET为何无法断开?中所述),该电阻将根据源电压和基于欧姆定律选择的电阻值来设置最大电流。
为什么设计人员要这样做?一个原因是,设计人员可能希望增加FET的导通及后续所切换负载的“域度”。通过减缓流向隐形电容的电流速度,FET可以减慢从关切换到开的速度,而这在快速导通时是非常理想的。另一个原因是,栅极电压的来源可能会因FET的栅极所要求的电流涌入而产生暂时过载,因而需要一个限流电阻来防止可能由此引起的来源问题。有时甚至快速切换栅极驱动(例如用于切换电源电路)中也会使用小型串联电阻来略微减慢切换速度,以便改善EMI从而通过认证(例如FCC)。
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将电阻与FET(场效应晶体管)栅极串联有以下几个主要原因:
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保护栅极:
- 防止静电放电(ESD):栅极是非常脆弱的,容易受到静电放电的损坏。通过在栅极上串联一个电阻,可以限制电流,从而保护栅极免受静电损伤。
- 防止过压:在电路中可能会有电压尖峰或噪声,串联电阻可以限制这些瞬态电压对栅极的影响,防止栅极过压。
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降低噪声和振荡:
- 抑制高频噪声:电阻可以过滤掉一些高频噪声,防止这些噪声影响到栅极信号的稳定性。
- 防止振荡:在某些情况下,栅极驱动信号可能会引起振荡,串联电阻可以增加阻尼,减少振荡的可能性。
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控制信号上升和下降时间:
- 调节开关速度:通过选择合适的电阻值,可以控制栅极信号的上升和下降时间,从而调节FET的开关速度。这对于某些应用(如开关电源)是非常重要的,可以避免过高的di/dt和dv/dt,减少电磁干扰(EMI)。
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阻抗匹配:
- 改善信号完整性:在长走线或高速电路中,串联电阻可以帮助匹配传输线的阻抗,减少信号反射,提高信号完整性。
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限流保护:
- 限制栅极电流:在某些情况下,栅极驱动电路可能会提供过大的电流,串联电阻可以限制栅极电流,保护驱动电路和FET。
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简化驱动电路设计:
- 降低驱动电路复杂度:通过串联电阻,可以简化驱动电路的设计,不需要复杂的驱动电路来精确控制栅极电流。
实际应用中的考虑
在实际应用中,选择栅极电阻的值需要根据具体的应用需求和FET的特性来确定。通常需要考虑以下因素:
- FET的输入电容
- 驱动电路的输出能力
- 信号的上升和下降时间要求
- 电路的噪声环境和EMI要求
总之,将电阻与FET栅极串联是一种常见的设计实践,用于保护FET、提高电路的稳定性和可靠性。