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    MOS管場效應管的作用有哪些?以及它的應用領域

    信息來源:本站 日期:2016-10-26 

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    場效應管分類

    場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管(JFET)因有兩個PN結而得名,絕緣柵型場效應管(JGFET)則因柵極與其它電極完整絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應管中,應用最為普遍的是MOS場效應管,簡稱MOS管(即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET);此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管,以及最近剛問世的πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。

    mos管和場效應管
    碳化硅場效應管



    按溝道半導體資料的不同,結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分,場效應管又可分紅耗盡型與加強型。結型場效應管均為耗盡型,絕緣柵型場效應管既有耗盡型的,也有加強型的。

    場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和加強型;P溝耗盡型和加強型四大類。見下圖。

    碳化硅場效應管

    場效應管的特點

    場效應管的特性是南柵極電壓UG;控制其漏極電流ID。和普通雙極型晶體管相比擬,場效應管具有輸入阻抗高、噪聲低、動態范圍大、功耗小、易于集成等特性。

    場效應管

    場效應管的工作原理如圖4-24所示(以結型N溝道管為例)。由于柵極G接有負偏壓(-UG),在G左近構成耗盡層。

    當負負偏壓(-UG)的絕對值增大時,耗盡層增大,溝道減小,漏極電流ID減小。當負偏壓(一UG)的絕對值減小時,耗盡層減小,溝道增大,漏極電流ID增大??梢?,漏極電流ID受柵極電壓的控制,所以場效應管是電壓控制型器件,即經過輸入電壓的變化來控制輸出電流的變化,從而到達放大等目的。

    和雙極型晶體管一樣,場效應管用于放大等電路時,其柵極也應加偏置電壓。

    結型場效府管的柵極應加反向偏置電壓,即N溝道管加負柵壓,P溝道管加正柵爪。加強型絕緣柵場效應管應加正向柵壓。耗盡型絕緣柵場效應管的柵壓可正、可負、可為“0”,見表4-2。加偏置的辦法有同定偏置法、自給偏置法、直接耦合法等。

    場效應管

    場效應管的參數

    場效應管的參數很多,包括直流參數、交流參數和極限參數,但普通運用時只需關注以下主要參數:飽和漏源電流IDSS夾斷電壓Up,(結型管和耗盡型絕緣柵管,或開啟電壓UT(加強型絕緣柵管)、跨導gm、漏源擊穿電壓BUDS、最大耗散功率PDSM和最大漏源電流IDSM。

    (1)飽和漏源電流

    飽和漏源電流IDSS是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中,柵極電壓UGS=0時的漏源電流。

    (2)夾斷電壓

    夾斷電壓UP是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中,使漏源間剛截止時的柵極電壓。如同4-25所示為N溝道管的UGS一ID曲線,可明白看出IDSS和UP的意義。如圖4-26所示為P溝道管的UGS-ID曲線。

    場效應管



    (3)開啟電壓

    開啟電壓UT是指加強型絕緣柵場效應管中,使漏源間剛導通時的柵極電壓。如圖4-27所示為N溝道管的UGS-ID曲線,可明白看出UT的意義。如圖4-28所示為P溝道管的UGS-ID曲線。

    場效應管


    (4)跨導

    跨導gm是表示柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制才能,即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。9m是權衡場效應管放大才能的重要參數。

    (5)漏源擊穿電壓

    漏源擊穿電壓BUDS是指柵源電壓UGS一定時,場效應管正常工作所能接受的最大漏源電壓。這是一項極限參數,加在場效應管上的工作電壓必需小于BUDS。

    (6)最大耗散功率

    最大耗散功率PDSM也是—項極限參數,是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。運用時場效應管實踐功耗應小于PDSM并留有—定余量。

    (7)最大漏源電流

    最大漏源電流IDSM是另一項極限參數,是指場效應管正常工作時,漏源間所允許經過的最大電流。場效應管的工作電流不應超越IDSM。

    場效應管的作用

    一、場效應管可應用于放大。由于場效應管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。

    二、場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

    三、場效應管可以用作可變電阻。

    四、場效應管可以方便地用作恒流源。

    五、場效應管可以用作電子開關。

    MOS管、場效應管。具有低內阻、高耐壓、快速開關、雪崩能量高等特點,設計電流跨度1A-200A電壓跨度30V-1200V,我們可以根據客戶的應用領域和應用方案的不同作出調整電性參數,提高客戶產品的可靠性,整體轉換效率和產品的價格競爭優勢。


    場效應管與晶體管的比較

    (1)場效應管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應選用晶體管。

    (2)場效應管是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數載流子,也利用少數載流子導電。被稱之為雙極型器件。

    (3)有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比晶體管好。

    (4)場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上,因此場效應管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。


    場效應管好壞與極性判別

    將萬用表的量程選擇在RX1K檔,用黑表筆接D極,紅表筆接S極,用手同時觸及一下G,D極,場效應管應呈瞬時導通狀態,即表針擺向阻值較小的位置,再用手觸及一下G,S極, 場效應管應無反應,即表針回零位置不動.此時應可判斷出場效應管為好管.

    將萬用表的量程選擇在RX1K檔,分別測量場效應管三個管腳之間的電阻阻值,若某腳與其他兩腳之間的電阻值均為無窮大時,并且再交換表筆后仍為無窮大時,則此腳為G極,其它兩腳為S極和D極.然后再用萬用表測量S極和D極之間的電阻值一次,交換表筆后再測量一次,其中阻值較小的一次,黑表筆接的是S極,紅表筆接的是D極.


    場效應管的檢測及使用注意事項

    一、用指針式萬用表對場效應管進行判別

    1)用測電阻法判別結型場效應管的電極

    根據場效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的現象,可以判別出結型場效應管的三個電極。具體方法:將萬用表撥在R×1k檔上,任選兩個電極,分別測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等,且為幾千歐姆時,則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言,漏極和源極可互換,剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個電極,另一只表筆依次去接觸其余的兩個電極,測其電阻值。當出現兩次測得的電阻值近似相等時,則黑表筆所接觸的電極為柵極,其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大,說明是PN結的反向,即都是反向電阻,可以判定是N溝道場效應管,且黑表筆接的是柵極;若兩次測出的電阻值均很小,說明是正向PN結,即是正向電阻,判定為P溝道場效應管,黑表筆接的也是柵極。若不出現上述情況,可以調換黑、紅表筆按上述方法進行測試,直到判別出柵極為止。


    2)用測電阻法判別場效應管的好壞

    測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法:首先將萬用表置于R×10或R×100檔,測量源極S與漏極D之間的電阻,通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊中可知,各種不同型號的管,其電阻值是各不相同的),如果測得阻值大于正常值,可能是由于內部接觸不良;如果測得阻值是無窮大,可能是內部斷極。然后把萬用表置于R×10k檔,再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值,當測得其各項電阻值均為無窮大,則說明管是正常的;若測得上述各阻值太小或為通路,則說明管是壞的。要注意,若兩個柵極在管內斷極,可用元件代換法進行檢測。


    3)用感應信號輸人法估測場效應管的放大能力

    具體方法:用萬用表電阻的R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,給場效應管加上1.5V的電源電壓,此時表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場效應管的柵極G,將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣,由于管的放大作用,漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發生變化,也就是漏源極間電阻發生了變化,由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極表針擺動較小,說明管的放大能力較差;表針擺動較大,表明管的放大能力大;若表針不動,說明管是壞的。

    根據上述方法,我們用萬用表的R×100檔,測結型場效應管3DJ2F。先將管的G極開路,測得漏源電阻RDS為600Ω,用手捏住G極后,表針向左擺動,指示的電阻RDS為12kΩ,表針擺動的幅度較大,說明該管是好的,并有較大的放大能力。

    運用這種方法時要說明幾點:首先,在測試場效應管用手捏住柵極時,萬用表針可能向右擺動(電阻值減小),也可能向左擺動(電阻值增加)。這是由于人體感應的交流電壓較高,而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同(或者工作在飽和區或者在不飽和區)所致,試驗表明,多數管的RDS增大,即表針向左擺動;少數管的RDS減小,使表針向右擺動。但無論表針擺動方向如何,只要表針擺動幅度較大,就說明管有較大的放大能力。第二,此方法對MOS場效應管也適用。但要注意,MOS場效應管的輸人電阻高,柵極G允許的感應電壓不應過高,所以不要直接用手去捏柵極,必須用于握螺絲刀的絕緣柄,用金屬桿去碰觸柵極,以防止人體感應電荷直接加到柵極,引起柵極擊穿。第三,每次測量完畢,應當G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會充有少量電荷,建立起VGS電壓,造成再進行測量時表針可能不動,只有將G-S極間電荷短路放掉才行。


    4)用測電阻法判別無標志的場效應管

    首先用測量電阻的方法找出兩個有電阻值的管腳,也就是源極S和漏極D,余下兩個腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測的源極S與漏極D之間的電阻值記下來,對調表筆再測量一次,把其測得電阻值記下來,兩次測得阻值較大的一次,黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來的S、D極,還可以用估測其管的放大能力的方法進行驗證,即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是8極,兩種方法檢測結果均應一樣。當確定了漏極D、源極S的位置后,按D、S的對應位置裝人電路,一般G1、G2也會依次對準位置,這就確定了兩個柵極G1、G2的位置,從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。


    5)用測反向電阻值的變化判斷跨導的大小

    對VMOSN溝道增強型場效應管測量跨導性能時,可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當于在源、漏極之間加了一個反向電壓。此時柵極是開路的,管的反向電阻值是很不穩定的。將萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時表內電壓較高。當用手接觸柵極G時,會發現管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說明管的跨導值越高;如果被測管的跨導很小,用此法測時,反向阻值變化不大。


    場效應管的使用注意事項

    1)為了安全使用場效應管,在線路的設計中不能超過管的耗散功率,最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數的極限值。

    2)各類型場效應管在使用時,都要嚴格按要求的偏置接人電路中,要遵守場效應管偏置的極性。如結型場效應管柵源漏之間是PN結,N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負偏壓,等等。

    3)MOS場效應管由于輸人阻抗極高,所以在運輸、貯藏中必須將引出腳短路,要用金屬屏蔽包裝,以防止外來感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意,不能將MOS場效應管放人塑料盒子內,保存時最好放在金屬盒內,同時也要注意管的防潮。

    4)為了防止場效應管柵極感應擊穿,要求一切測試儀器、工作臺、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時,先焊源極;在連入電路之前,管的全部引線端保持互相短接狀態,焊接完后才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時,應以適當的方式確保人體接地如采用接地環等;當然,如果能采用先進的氣熱型電烙鐵,焊接場效應管是比較方便的,并且確保安全;在未關斷電源時,絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場效應管時必須注意。

    5)在安裝場效應管時,注意安裝的位置要盡量避免靠近發熱元件;為了防管件振動,有必要將管殼體緊固起來;管腳引線在彎曲時,應當大于根部尺寸5毫米處進行,以防止彎斷管腳和引起漏氣等。

    對于功率型場效應管,要有良好的散熱條件。因為功率型場效應管在高負荷條件下運用,必須設計足夠的散熱器,確保殼體溫度不超過額定值,使器件長期穩定可靠地工作。

    總之,確保場效應管安全使用,要注意的事項是多種多樣,采取的安全措施也是各種各樣,廣大的專業技術人員,特別是廣大的電子愛好者,都要根據自己的實際情況出發,采取切實可行的辦法,安全有效地用好場效應管。


    場效應管應用領域

    1:工業領域、步進馬達驅動、 電鉆工具、工業開關電源

    2:新能源領域、光伏逆變、充電樁、無人機

    3:交通運輸領域、車載逆變器、汽車HID安定器、電動自行車

    4:綠色照明領域、CCFL節能燈、LED照明電源、金鹵燈鎮流器

    場效應更管


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