Wie ersetze ich Dioden durch MOSFETs?

Hier ist eine mit der Verwendung von NMOS:

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Die gezeigten Dioden sind Body-Dioden. Wenn Sie Gate und Source eines NMOS kurzschließen, wird es zu einer Diode. Denken Sie daran, dass die Durchlassspannung von MOSFET zu MOSFET unterschiedlich sein kann. Daher müssen Sie möglicherweise die anderen Spannungsquellen anpassen.

Es ist möglich, den gleichen Vorgang mit der Verwendung von PMOS durchzuführen. Die Verbindung ist dieselbe, aber die Body-Dioden sind vertauscht.

Mosfets haben eine Body-Diode zwischen Drain und Source. Um diese Diode ohne Interferenz vom Kanal zu verwenden, müssen Sie sie ausgeschaltet halten, dh einstellen$V_{\rm GS}=0$. Dies geschieht durch Kurzschließen des Gates und der Source. Wir müssen auch die Grenzspannungen niedrig genug halten, damit der Rückwärtsdurchbruch aufgrund von$V_{\rm GS.MIN}$kommt nicht vor.

Ich verstehe nicht, was es bringt, anstelle der Dioden komplexere Teile zu verwenden, wenn alles, was sie tun, genau gleich ist, aber los geht's:

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Was sind die Nachteile der Verwendung der Body-Diode im Gegensatz zu echten Dioden?

Das sind echte Dioden. Was ihre anderen Parameter wie den Leitwert angeht: Sie müssten messen und vergleichen und vor allem entscheiden, was Ihnen wichtig ist, welche Art von Leistung Sie wollen.

Ich hatte den Eindruck, dass man Gate und DRAIN verbinden muss, damit sich ein NMOS wie eine Diode verhält. Würden Sie bitte erklären, warum eine solche Konfiguration nicht funktionieren würde?

Die Body-Diode in einem MOSFET-Transistor ist ein tatsächlicher PN-Übergang und verhält sich wie andere PN-Übergänge: Die Übergangskapazität wird durch die Sperrspannung moduliert, die Durchlassspannung ist logarithmisch im Durchlassstrom und so weiter.

Wenn Sie Gate und Drain verbinden, haben Sie keine Diode. Sie haben einen MOSFET, der sich zufällig mit ein paar Volt in die eine Richtung einschaltet, und einen Diodenabfall in die andere Richtung - die Körperdiode ist immer noch da !

Sicher, bei Bauteilen mit niedriger Schwelle, insbesondere solchen, die auf eine Schwellenspannung von etwa 0 V eingestellt sind, können Sie durch Verwendung von ein Verhalten erzielen, das einer unidirektionalen idealen Diode nahe kommt$V_{DG}=0$Verbindung, solange Sie sie keinen Sperrspannungen von mehr als 0,4 V oder so aussetzen. Aber solche Teile sind normalerweise teuer, es sei denn, Sie nehmen handelsübliche Teile und injizieren genügend permanente Ladung in das Gate, um ihren Schwellenwert auf 0 V zu senken. Das ist machbar, aber Sie müssten solche Teile auf Langlebigkeit usw. qualifizieren. Am besten kaufen Sie sie nur, wenn Sie sie wirklich brauchen.

Am nächsten kommen Sie der "Dioden" -Aktion mit kurzgeschlossenem Gate und Drain wie unten, und selbst dann benötigen Sie immer noch eine Sperrisolationsdiode in Reihe mit dem Kanal , damit die Body-Diode nicht aktiviert wird. Also: Eine zusätzliche Diode, nur damit ein Mosfet die Rolle einer Diode spielt ... macht nicht viel Sinn.

Beachten Sie auch die größeren Vorspannungen, da sie die Gate-Source-Schwellenspannung kompensieren müssen. Die Leitfähigkeit wird normalerweise durch die externe Diode begrenzt, mit Ausnahme von Kanälen mit niedriger Leitfähigkeit, die typisch für CD4007 und ältere Niedrigsignalgeräte wie 2N7000 sind, wo der Kanal selbst begrenzt ist. Neuere Geräte haben Kanalleitwerte, die externe Dioden problemlos schlagen.

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Diodenbasierte Limiter haben nicht genug Gain, um steif zu limitieren. Dafür brauchen wir differentielle Paare - auch wenn sie sehr rudimentär sind und nur Widerstandslasten verwenden, im Gegensatz zu Stromquellen und Stromspiegeln. In der Praxis benötigt dieser Begrenzer eine Offset-Einstellung, sollte aber ansonsten gut funktionieren und ziemlich genau bleiben, solange sich die Umgebungstemperatur nicht stark ändert.

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Durch die Verbindung des Drain mit dem Gate verhält sich der NMOS wie ein Widerstand mit einem Spannungsabfall gleich V_TH.

Dies findet Verwendung im IC-Design, wo Sie gezielt ein MOS-Gerät mit einer ausgewählten Kanalbreite und -länge entwerfen, um den erforderlichen Widerstand zu erhalten, und somit einen Widerstand erhalten . Diese „Diodenschaltung“ ist kein Gleichrichter! , und es hat auch nicht die logarithmische Charakteristik eines PN-Übergangs. Es ist nichtlinear (quadratisch) und daher zum Einrichten von Stromquellen/-spiegeln und dergleichen verwendbar, da diese eine nichtlineare Reaktion des Stroms gegenüber der Leitungsspannung des aktiven Geräts nutzen.