功率MOSFET管构成的功率放大器电路

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1、计控学院CollegeofcomputerandcontrolengineeringQiqiharuniversityEDA课程设计报告系别电气工程系学生姓名班级学号指导教师提交日期功率MOSFET管构成的功率放大器电路、选择功率MOSFET管的原因：“MOSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的缩写，译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物（SiO2或SiN）及半导体三种材料制成的器件。所谓功率MOSFET（PowerMOSFET）是指它能输出较大的工作电流（几安到几十安），用于功率输出级的器件。1.1功率MO

2、SFET管的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET主要是N沟道增强型.功率MOSFET主要用于计算机外设（软、硬驱动器、打印机、绘图机）、电源（AC/DC变换器、DC/DC变换器）、汽车电子、音响电路及仪器、仪表等领域1.2功率MOSFET的结构：按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（VerticalDouble-diffusedMOSFET）.功率MOSFE

3、T为多元集成结构，如国际整流器公司（InternationalRectifier）的HEXFET采用了六边形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列。1.3功率MOSFET的工作原理：截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。导电：在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子一电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT（开启电压或阈值电压）时，栅极下

4、P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。s1.4功率MOSFET的结构图：1；:b）电气图形符号U询迹a）內誌结构断面示意功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（VerticalMOSFET），大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。1.5功率MOSFET驱动电路：功率MOSFET是电压型驱动器件，

5、没有少数载流子的存贮效应，输入阻抗高，因而开关速度可以很高，驱动功率小，电路简单。但功率MOSFET的极间电容较大，输入电容CISS、输出电容COSS和反馈电容CRSS与极间电容的关系可表述为：功率MOSFET的栅极输入端相当于一个容性网络，它的工作速度与驱动源内阻抗有关。由于CISS的存在，静态时栅极驱动电流几乎为零，但在开通和关断动态过程中，仍需要一定的驱动电流。假定开关管饱和导通需要的栅极电压值为VGS,开关管的开通时间TON包括开通延迟时间TD和上升时间TR两部分。开关管关断过程中，CISS通过ROFF放电，COSS由RL充电，COSS较大，VDS（T）上升较慢，随着VDS（T）上升较

6、慢，随着VDS（T）的升高COSS迅速减小至接近于零时，VDS（T）再迅速上升。根据以上对功率MOSFET特性的分析，其驱动通常要求：触发脉冲要具有足够快的上升和下降速度；开通时以低电阻力栅极电容充电，关断时为栅极提供低电阻放电回路，以提高功率MOSFET的开关速度；为了使功率MOSFET可靠触发导通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压，为了防止误导通，在其截止时应提供负的栅源电压；功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放电电流，功率管极间电容越大，所需电流越大，即带负载能力越大。MOSFET的优点单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单1.6功率

7、MOSFET与双极型功率相比具有如下特点：1MOSFET是电压控制型器件（双极型是电流控制型器件），因此在驱动大电流时无需推动级，电路较简单；2.输入阻抗高，可达108Q以上；3工作频率范围宽，开关速度高（开关时间为几十纳秒到几百纳秒），开关损耗小；4.有较优良的线性区，并且MOSFET的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的交流输入阻抗极高；噪声也小，最合适制作Hi-Fi音响；5.功率MOSFET可以多个并联使用，增加输出电流而无需均流电阻。电路主要元件：电阻，电容，二极管，功率MOSFET管，NPN型晶闸管。VT1VT4采用2SC1775,VT5VT6采用2ST77,VT7VT8采用2

8、SK214,VT9采用2SC945，VT10采用2SC945，VT11采用2SA733,VT12VT13采用2SK134，VT14VT15采用2SJ49,VD1VD2采用IS1588三、电路的工作原理及作用:上图采用功率MOSFET管构成的功率放大器电路。决定转换速率的驱动级与输出级都是采用功率MOSFET管，这样可提高电路的高频特性。输出功率由电源电压和负载电阻决定，可连续输出100W150W的工作状态，对负载短路也有较强的承受能力。差动第2级采用2SJ77中功率MOSFET管，电流镜像电路采用2SK214，工作电流为6mA,但电源电压较高（为正负50V）,因此晶体管会发热，要接入小型散热器

9、。输出级不经过射随器而采用直接驱动方式，为此增加了驱动电路的负载，为了增大转换速率，可VT5VT8允许损耗范围内加大漏级偏置电流。功率MOSFET管容易产生振荡，简单的解决方法是在栅极附近接入电阻RG,其电阻值随MOSFET管不同而异，一般为50Q500Q，但这样要牺牲电路的一些高频特性。差动级工作电流可由输入级的偏置电路进行调整，若R7阻值小，电流既增大，转换速率也增大。当R1=R11时失调电压减小，但完全凋零时，可在VT1和VT2的发射极入半可调电位器。输出级偏置电流由RP1设定，每个输出管的漏极电流为100mA左右。四、心得体会:通过本次课程设计加深了对功率MOSFET的理解和认识，对其结构及工作原理等的掌握更加扎实，以及其在具体电路中的作用也有了一些认识，并且在电路图的绘制中也提高了动手能力。