2N700X系列包含直插式TO-92封装的2N7000和表贴SOT23封装的2N7002它们被视为标准通用元件,因其广受欢迎、经久耐用、价格低廉且多家制造商均可供货这些元件已沿用数十年,未来仍将长期服役
2N7000是个老器件——若我解读规格书正确,其历史可追溯至50年前Siliconix(现Vishay)公司当年广告将其称为MOSPOWER FETlington,标榜"5伏逻辑输入驱动100毫安负载"的特性如图1所示FETlington这个术语巧妙融合了FET与达林顿(Darlington)的双关这对熟悉达林顿晶体管但未必了解新兴MOSFET技术的当时工程师很有帮助须知晶体管当时才诞生30年,药店仍能测试真空管
这在50年前堪称重大突破它与Zilog Z80、通用仪器PIC1650等经典微控制器同期问世使这些5V器件得以直接驱动负载现代型号如Vishay 2N7002K-T1-GE3正是其直系后裔
图 1 :早期Siliconix(Vishay)手册将2N7000描述为MOSPOWER FETlington
技术提示 :通用元件存在采购悖论我们并非大海捞针,而是用专为找针优化的DigiKey系统来定位整个"草堆"后文将介绍几种破解此难题的技巧快速检索:使用"2N700 MOSFET"关键词
N700X 特性
2N700X系列通常具备以下特性参数注:我们采用保守参数以涵盖各厂商差异完整规格请参阅具体型号手册
- N沟道MOSFET
- 逻辑电平驱动(注意事项见下文)
- 栅源极钳位二极管提供ESD保护
- V_{DS (max)} 最大漏源电压=50V
- 2N7000的 I_D 约为300 mA,2N7002的 I_D 约为200 mA
- R_{DS(on)} 在2至5 Ω范围内(取决于驱动电压)
- 2N7000的连续 P_D 约为350 mW,2N7002的连续PD约为150 mW
技术提示 :保守设计是通用器件概念的必然结果。如果我们假设任何通用器件都能满足需求,就应该保守设计以适应各种潜在选项。
2N700X 应用场景
正如俏皮的MOSPOWER FETlington名称所暗示的,2N700X常用于切换小负载。如今,我们将2N700x系列归类为逻辑电平MOSFET。其优势在于栅极可直接由微控制器驱动,从而最大限度减少元件总数。
为了更好地理解2N7000的性能,假设负载为24 VDC。若驱动150 mA的保守负载,可计算出该MOSFET能控制3.6 W的负载。这种能力适用于继电器驱动等应用。
2N700x也常用于电平转换应用。图2中的开漏示例展示了其潜力。例如,我们可以轻松将灯泡电压从5 VDC调整为3.3至50 VDC之间的任意值,并保持合理的安全裕度。
图 2 :使用开漏器件的有线或逻辑的示意图。
MOSFET 使用注意事项
栅极驱动电压不足可能是最大的设计失误。当MOSFET由3.3 VDC系统驱动时尤其如此。为更好理解这种情况,请参考图3所示的Vishay 2N7002K-T1-GE3的 V_{DS} 与 I_D 关系曲线。
举例来说,让2N7002驱动200 mA负载(红色高亮部分)。若使用3.3 VDC,我们会立即发现问题。栅极电压根本不足以开启MOSFET。MOSFET不会作为开关工作,而是进入准恒流状态,导致功耗过大。结果会像爆米花一样,MOSFET爆炸发出声响。
解决方案是使用5 VDC电源。图3中的绿点标出了最终工作点。在0.5V的 V_{DS} 漏源电压和200mA电流下,我们计算出100mW的功耗,这完全在SOT-23封装的承受范围内。
若将MOSFET用于高频应用,还可能存在栅极电流不足的问题。有关栅极电流和驱动电压的更多信息,请参阅此工程简报。
图 3 :Vishay 2N7002K-T1-GE3的输出特性曲线,展示了 V_{DS} 与 I_D 随 V_{GS} 变化的关系。
如何在 DigiKey 系统中定位 2N700x 系列器件?
我们只需在DigiKey搜索栏输入2N7000或2N7002。这将返回若干可能符合需求的精确匹配结果。但这种方法过于具体,未能体现通用器件的本质。我们更希望进行更广泛的搜索以查找所有相关器件。
从 DigiKey 精确搜索到泛搜索
有两种方法可将DigiKey搜索从精确匹配扩展到泛搜索。
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子字符串技巧:DigiKey搜索工具支持连接词搜索,例如"Arduino Shield"。此例中,词间空格会被解析为AND运算,即"Arduino&Shield"。该系统也支持子字符串搜索。我们可以截断器件编号并添加描述来利用此功能,例如"2N700 MOSFET"。截至本文撰写时,该搜索返回DigiKey当前销售的221种独特器件。
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反向参数搜索:若已定位到特定DigiKey元件,可使用如图4所示的反向搜索工具,以OnSemi 2N7002为起点。该搜索可识别28个OnSemi生产的2N7002根编号器件。
图 4 :以2N7002器件编号为起点,发起针对特定制造商元件的反向搜索。
技术提示 :制造业趋势近年来已发生变化。无铅元件是需要重点考虑的因素。许多新型号都体现了向RoHs合规性的转变。
2N700X 系列变体
2N700X系列器件的应用已扩展到TO-92和SOT-23封装之外的领域。典型示例是采用SOT-8015封装的Nexperia 2N7002KQBZ,如图5所示。还有双2N700X阵列型号。例如Diodes公司生产的2N7002DW-7-F。
这些变体有助于缩小电路板尺寸并减少元件数量。它们还可能有助于降低总体成本。
图 5 :采用SOT8015封装的2N700X产品实物图。
最后的思考
2N700X系列已伴随我们半个世纪。这个元件家族是几代工程师的得力助手,被数百万产品所采用。时间会证明,该系列及其变体很可能还会延续数代。它们会像持续生产近百年的6L6电子管那样成为传奇吗?
这就是通用元器件的魅力所在。
你最钟爱的通用元器件是哪款?
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