MOSFET制造非常好的電子開關，用于控制負載和CMOS數字電路，因為它們在截止和飽和區域之間工作。

我們之前看到，N通道，增強模式MOSFET（e-MOSFET）使用正輸入電壓工作，具有極高的輸入電阻（幾乎無限大），幾乎可以與任何能夠產生正輸出的邏輯門或驅動器連接。

我們還看到，由于這種非常高的輸入（柵極）電阻，我們可以安全地將許多不同的MOSFET并聯在一起，直到我們達到我們所需的電流處理能力。

將各種MOSFET并聯連接可以啟用我們要切換高電流或高電壓負載，這樣做會在元件和電路板空間變得昂貴且不切實際。為了克服這個問題，功率場效應晶體管或功率FET在哪里發展.V

我們現在知道場效應晶體管之間存在兩個主要差異，耗盡型僅適用于JFET，以及MOSFET的增強型和耗盡型。在本教程中，我們將討論使用增強型MOSFET作為開關，因為這些晶體管需要正柵極電壓才能“導通”而零電壓需要“關閉”，這使得它們很容易被理解為開關也易于與邏輯門接口。

增強型MOSFET或e-MOSFET的操作可以使用下面顯示的IV特性曲線進行描述。當輸入電壓（ V IN ）到晶體管的柵極為零時，MOSFET幾乎不導通電流和輸出電壓（ V OUT ）等于電源電壓 V DD 。因此MOSFET在其“截止”區域內“關閉”。

MOSFET特性曲線

在承載所選漏極電流時，確保MOSFET保持“導通”所需的最小導通狀態柵極電壓可由上述V-I傳輸曲線確定。當 V IN 為HIGH或等于 V DD 時，MOSFET Q點移至點沿負載線的。

由于溝道電阻減小，漏極電流 I D 增加到其最大值。 I D 變為獨立于 V DD 的常數值，并且僅依賴于 V GS 。因此，晶體管的行為類似于閉合開關，但由于其 R DS（on） 值，溝道導通電阻不會完全降低到零，但變得非常小。

同樣，當 V IN 為低電平或降至零時，MOSFET Q點沿負載線從A點移動到B點。溝道電阻非常高，因此晶體管的作用類似于開路，沒有電流流過溝道。因此，如果MOSFET的柵極電壓在兩個值HIGH和LOW之間切換，則MOSFET將表現為“單刀單擲”（SPST）固態開關，此操作定義為：

1.Cut-off Region

這里晶體管的工作條件是零輸入柵極電壓（ V IN ），零漏極電流 I D 且輸出電壓 V DS = V DD 。因此，對于增強型MOSFET，導電通道閉合，器件切換為“OFF”。

截止特性

當使用e-MOSFET作為開關時，我們可以定義截止區域或“關閉模式”，即柵極電壓， V GS TH 因此 I D = 0 。對于P溝道增強型MOSFET，柵極電位必須相對于源極更正。

2.飽和區

在飽和或線性區域，晶體管將是偏置使得最大柵極電壓施加到器件，導致溝道電阻 R DS（on 盡可能小，最大漏極電流流過MOSFET開關。因此，對于增強型MOSFET，導電溝道是開路的，器件是“開”的。

飽和度特征

然后我們可以在使用時定義飽和度區域或”ON模式“作為柵極 - 源極電壓的開關的e-MOSFET， V GS > V TH 因此 I D =最大 。對于P溝道增強型MOSFET，柵極電位相對于源極必須更負。

通過向FET的柵極施加合適的驅動電壓，漏極 - 源極溝道的電阻， R DS（on） 可以從數百kΩ的“關斷電阻”變化，實際上是開路，到“導通電阻”小于1Ω，有效地用作短路。

當使用MOSFET作為開關時，我們可以驅動MOSFET更快或更慢地“導通”，或者通過高電流或低電流。這種將功率MOSFET“接通”和“斷開”的能力使該器件可以用作非常有效的開關，其開關速度比標準雙極結晶體管快得多。

使用MOSFET作為一個開關

在這個電路配置中，增強型N溝道MOSFET用于將一個簡單的燈“開”和“關” “（也可以是LED）。

柵極輸入電壓 V GS 被置于適當的正電壓電平以轉動器件，因此燈負載“ON”，（ V GS = + ve ）或零電壓電平將器件“關閉”，（ V GS = 0V ）。

如果燈的電阻負載要用線圈，電磁閥或繼電器等感性負載代替，那么“續流二極管”會需要與負載并聯以保護MOSFET免受任何自發生的反電動勢的影響。

上圖顯示了一個非常簡單的電路用于切換諸如燈或LED的電阻性負載。但是，當使用功率MOSFET來切換電感或電容負載時，需要某種形式的保護來防止MOSFET器件損壞。驅動電感負載與驅動容性負載的效果相反。

例如，沒有電荷的電容器是短路的，導致電流的高“涌入”，當我們從感性負載中移除電壓時，隨著磁場的坍塌，我們會產生大的反向電壓，在電感器的繞組中產生感應的反電動勢。

然后我們可以總結下表中N溝道和P溝道型MOSFET的開關特性。

請注意，與t不同他的N溝道MOSFET的柵極端子必須比源極更正（吸引電子）以允許電流流過溝道，通過P溝道MOSFET的傳導是由于空穴的流動。也就是說，P溝道MOSFET的柵極端子必須比源極更負，并且只會停止導通（截止）直到柵極比源極更正。

所以對于增強類型功率MOSFET作為模擬開關器件工作，需要在其“截止區域”之間切換，其中： V GS = 0V （或 V GS = - ve ）及其“飽和區域”，其中： V GS（on） = + ve 。 MOSFET中消耗的功率（ P D ）取決于飽和時流過 I D 的電流以及 R DS（on） 給出的通道的“導通電阻”。例如。

MOSFET作為開關示例No1

讓我們假設燈的額定電壓為6v，24W且完全“接通”，標準MOSFET具有通道導通電阻（ R DS（on） ）0.1ohms的值。計算MOSFET開關器件的功耗。

流過燈的電流計算如下：

然后MOSFET中消耗的功率將給出：

你可能會坐在那里思考，那么是什么！，但當使用MOSFET作為開關來控制直流電機或具有高浪涌電流的電氣負載時，“ON “漏極和源極之間的溝道電阻（ R DS（on） ）非常重要。例如，控制直流電機的MOSFET在電機首次開始旋轉時會受到高沖擊電流，因為電機啟動電流僅受電機繞組電阻值非常低的限制。

由于基本冪關系是： P = I 2 R ，然后是高 R DS（on） 溝道電阻值只會導致大量功率耗散并浪費在MOSFET內部，從而導致溫度過高，如果不加以控制，可能會導致MOSFET因熱過載而變得非常熱和損壞。

通道電阻的較低 R DS（on） 值也是一個理想的參數，因為它有助于降低通道有效飽和電壓（ V跨越MOSFET的 DS（sat） = I D * R DS（on） ）因此將在較冷的溫度下運行。功率MOSFET通常具有小于0.01Ω的 R DS（on） 值，這允許它們運行更冷，延長其工作壽命。

使用MOSFET作為開關器件時的主要限制之一是它可以處理的最大漏極電流。因此 R DS（on） 參數是MOSFET開關效率的重要指南，簡單地以 V DS <的比率給出/ sub> / I D 當晶體管切換為“ON”時。

當使用MOSFET或任何類型的場效應晶體管作為固體時 - 狀態切換設備始終建議選擇具有非常低的 R DS（on） 值的設備，或者至少將它們安裝到合適的散熱器上以幫助減少熱量失控和損壞。用作開關的功率MOSFET通常在其設計中內置浪涌電流保護，但對于大電流應用，雙極結晶體管是更好的選擇。

功率MOSFET電機控制

由于MOSFET具有極高的輸入或柵極電阻，其非常快的開關速度和易于驅動的特性使其成為與運算放大器或標準邏輯門接口的理想選擇。但是，必須注意確保正確選擇柵極 - 源極輸入電壓，因為當使用MOSFET作為開關時，器件必須獲得低 R DS（on） 與此輸入柵極電壓成比例的溝道電阻。

低閾值型功率MOSFET在其柵極上施加至少3V或4V之后可能無法切換為“ON”，如果邏輯門的輸出僅為+ 5V邏輯，可能不足以完全驅動MOSFET進入飽和狀態。使用低閾值MOSFET設計用于連接閾值低至1.5V至2.0V的TTL和CMOS邏輯門。

功率MOSFET可用于控制直流電機或無刷步進電機的運動直接來自計算機邏輯或使用脈沖寬度調制（PWM）型控制器。由于直流電機提供高啟動轉矩并且也與電樞電流成比例，因此MOSFET開關和PWM可用作非常好的速度控制器，可提供平穩和安靜的電機運行。

簡單功率MOSFET電機控制器

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由于電機負載是電感性的，因此在感性負載兩端連接一個簡單的續流二極管當MOSFET將其“關閉”時，消除電機產生的任何反電動勢。由齊納二極管與二極管串聯形成的鉗位網絡也可用于更快的切換和更好地控制峰值反向電壓和退出時間。

為了增加安全性，當使用電感負載（如電機，繼電器）時，還可以在MOSFET開關的溝道上放置額外的硅或齊納二極管 D 1 電磁閥等，用于抑制過壓開關瞬態和噪聲，如果需要，可為MOSFET開關提供額外保護。電阻 R GS 用作下拉電阻，當MOSFET切換為“OFF”時，有助于將TTL輸出電壓降至0V。

P溝道MOSFET開關

到目前為止，我們已經看到N溝道MOSFET作為開關，MOSFET放置在負載和地之間。這也允許MOSFET的柵極驅動或開關信號以地為參考（低側開關）。

P溝道 - MOSFET開關

但在某些應用中，我們需要使用P溝道增強型MOSFET，負載直接連接到地。在這種情況下，MOSFET開關連接在負載和正電源軌之間（高側開關），就像我們使用PNP晶體管一樣。

在P溝道器件中，傳統的漏極電流流入負方向，因此施加負柵極 - 源極電壓以將晶體管“導通”。

這是因為P溝道MOSFET“顛倒”，其源極端子連接到正電源<跨度> + V <子> DD 。然后當開關變為低電平時，MOSFET變為“ON”，當開關變為高電平時，MOSFET變為“OFF”。

這種P溝道增強型MOSFET開關的倒置連接使我們能夠連接它與N溝道增強型MOSFET串聯，產生互補或CMOS開關器件，如雙電源所示。

互補MOSFET電機控制器

兩個MOSFET配置為從雙電源產生雙向開關，電機連接在公共漏極連接和接地參考之間。當輸入為低電平時，P溝道MOSFET導通，因為其柵 - 源結被負偏壓，因此電機在一個方向上旋轉。只有正 + V DD 電源軌用于驅動電機。

當輸入為高電平時，P通道設備關閉并且N溝道器件在其柵極 - 源極結正偏置時導通。電機現在以相反的方向旋轉，因為電機端子電壓已反轉，因為它現在由負 -V DD 電源軌提供。

然后，P溝道MOSFET用于將正電源切換到電機正向（高側開關），而N溝道MOSFET用于將負電源切換到電機反向（低側開關）用于驅動具有許多不同應用的兩個MOSFET的配置有多種配置。

如圖所示，P溝道和N溝道器件均可由單個柵極驅動IC驅動。

但是，為了避免兩個MOSFET的交叉導通同時導通兩個極性雙電源，快速開關器件需要在它們之間轉動“OFF”和另一個轉向“ON”之間提供一些時間差。克服該問題的一種方法是分別驅動兩個MOSFETS柵極。然后，當兩個MOSFET均為“OFF”時，這將為電機產生第三個“STOP”選項。

互補MOSFET電機控制表

請注意，重要的是不允許同時允許其他輸入組合，因為這可能會導致電源供應由于兩個MOSFET， FET 1 和 FET 2 可以一起切換為“ON”，從而導致短路在：（fuse = bang！），請注意。