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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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場效應管分类

場效應管分结型、绝缘栅型两大类。结型場效應管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型場效應管(JGFET)则因栅极与其它电极完整绝缘而得名。目前在绝缘栅型場效應管中,应用最为普遍的是MOS場效應管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体場效應管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管,以及最近刚问世的πMOS場效應管、VMOS功率模块等。

mos管和場效應管
碳化硅場效應管



按沟道半导体资料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,場效應管又可分红耗尽型与加强型。结型場效應管均为耗尽型,绝缘栅型場效應管既有耗尽型的,也有加强型的。

場效應晶體管可分爲結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分爲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

場效應管的特点

場效應管的特性是南栅极电压UG;控制其漏极电流ID。和普通双极型晶体管相比拟,場效應管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特性。

場效應管

場效應管的工作原理如图4-24所示(以结型N沟道管为例)。由于栅极G接有负偏压(-UG),在G左近构成耗尽层。

当负负偏压(-UG)的绝对值增大时,耗尽层增大,沟道减小,漏极电流ID减小。当负偏压(一UG)的绝对值减小时,耗尽层减小,沟道增大,漏极电流ID增大。可见,漏极电流ID受栅极电压的控制,所以場效應管是电压控制型器件,即经过输入电压的变化来控制输出电流的变化,从而到达放大等目的。

和双极型晶体管一样,場效應管用于放大等电路时,其栅极也应加偏置电压。

结型场效府管的栅极应加反向偏置电压,即N沟道管加负栅压,P沟道管加正栅爪。加强型绝缘栅場效應管应加正向栅压。耗尽型绝缘栅場效應管的栅压可正、可负、可为“0”,见表4-2。加偏置的办法有同定偏置法、自给偏置法、直接耦合法等。

場效應管

場效應管的参数

場效應管的参数很多,包括直流参数、交流参数和极限参数,但普通运用时只需关注以下主要参数:饱和漏源电流IDSS夹断电压Up,(结型管和耗尽型绝缘栅管,或开启电压UT(加强型绝缘栅管)、跨导gm、漏源击穿电压BUDS、最大耗散功率PDSM和最大漏源电流IDSM。

(1)飽和漏源電流

饱和漏源电流IDSS是指结型或耗尽型绝缘栅場效應管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流。

(2)夾斷電壓

夹断电压UP是指结型或耗尽型绝缘栅場效應管中,使漏源间刚截止时的栅极电压。如同4-25所示为N沟道管的UGS一ID曲线,可明白看出IDSS和UP的意义。如图4-26所示为P沟道管的UGS-ID曲线。

場效應管



(3)開啓電壓

开启电压UT是指加强型绝缘栅場效應管中,使漏源间刚导通时的栅极电压。如图4-27所示为N沟道管的UGS-ID曲线,可明白看出UT的意义。如图4-28所示为P沟道管的UGS-ID曲线。

場效應管


(4)跨導

跨导gm是表示栅源电压UGS对漏极电流ID的控制才能,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值。9m是权衡場效應管放大才能的重要参数。

(5)漏源擊穿電壓

漏源击穿电压BUDS是指栅源电压UGS一定时,場效應管正常工作所能接受的最大漏源电压。这是一项极限参数,加在場效應管上的工作电压必需小于BUDS。

(6)最大耗散功率

最大耗散功率PDSM也是—项极限参数,是指場效應管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。运用时場效應管实践功耗应小于PDSM并留有—定余量。

(7)最大漏源電流

最大漏源电流IDSM是另一项极限参数,是指場效應管正常工作时,漏源间所允许经过的最大电流。場效應管的工作电流不应超越IDSM。

場效應管的作用

一、場效應管可应用于放大。由于場效應管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。

二、場效應管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

三、場效應管可以用作可变电阻。

四、場效應管可以方便地用作恒流源。

五、場效應管可以用作电子开关。

MOS管、場效應管。具有低内阻、高耐压、快速开关、雪崩能量高等特点,设计电流跨度1A-200A电压跨度30V-1200V,我们可以根据客户的應用領域和應用方案的不同作出调整电性参数,提高客户产品的可靠性,整体转换效率和产品的价格竞争优势。


場效應管与晶体管的比较

(1)場效應管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用場效應管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管。

(2)場效應管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。

(3)有些場效應管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。

(4)場效應管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多場效應管集成在一块硅片上,因此場效應管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。


場效應管好坏与极性判别

将万用表的量程选择在RX1K档,用黑表笔接D极,红表笔接S极,用手同时触及一下G,D极,場效應管应呈瞬时导通状态,即表针摆向阻值较小的位置,再用手触及一下G,S极, 場效應管应无反应,即表针回零位置不动.此时应可判断出場效應管为好管.

将万用表的量程选择在RX1K档,分别测量場效應管三个管脚之间的电阻阻值,若某脚与其他两脚之间的电阻值均为无穷大时,并且再交换表笔后仍为无穷大时,则此脚为G极,其它两脚为S极和D极.然后再用万用表测量S极和D极之间的电阻值一次,交换表笔后再测量一次,其中阻值较小的一次,黑表笔接的是S极,红表笔接的是D极.


場效應管的检测及使用注意事项

一、用指针式万用表对場效應管进行判别

1)用测电阻法判别结型場效應管的电极

根据場效應管的PN结正、反向电阻值不一样的现象,可以判别出结型場效應管的三个电极。具体方法:将万用表拨在R×1k档上,任选两个电极,分别测出其正、反向电阻值。当某两个电极的正、反向电阻值相等,且为几千欧姆时,则该两个电极分别是漏极D和源极S。因为对结型場效應管而言,漏极和源极可互换,剩下的电极肯定是栅极G。也可以将万用表的黑表笔(红表笔也行)任意接触一个电极,另一只表笔依次去接触其余的两个电极,测其电阻值。当出现两次测得的电阻值近似相等时,则黑表笔所接触的电极为栅极,其余两电极分别为漏极和源极。若两次测出的电阻值均很大,说明是PN结的反向,即都是反向电阻,可以判定是N沟道場效應管,且黑表笔接的是栅极;若两次测出的电阻值均很小,说明是正向PN结,即是正向电阻,判定为P沟道場效應管,黑表笔接的也是栅极。若不出现上述情况,可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试,直到判别出栅极为止。


2)用测电阻法判别場效應管的好坏

测电阻法是用万用表测量場效應管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极G1与栅极G2之间的电阻值同場效應管手册标明的电阻值是否相符去判别管的好坏。具体方法:首先将万用表置于R×10或R×100档,测量源极S与漏极D之间的电阻,通常在几十欧到几千欧范围(在手册中可知,各种不同型号的管,其电阻值是各不相同的),如果测得阻值大于正常值,可能是由于内部接触不良;如果测得阻值是无穷大,可能是内部断极。然后把万用表置于R×10k档,再测栅极G1与G2之间、栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻值,当测得其各项电阻值均为无穷大,则说明管是正常的;若测得上述各阻值太小或为通路,则说明管是坏的。要注意,若两个栅极在管内断极,可用元件代换法进行检测。


3)用感应信号输人法估测場效應管的放大能力

具体方法:用万用表电阻的R×100档,红表笔接源极S,黑表笔接漏极D,给場效應管加上1.5V的电源电压,此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型場效應管的栅极G,将人体的感应电压信号加到栅极上。这样,由于管的放大作用,漏源电压VDS和漏极电流Ib都要发生变化,也就是漏源极间电阻发生了变化,由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极表针摆动较小,说明管的放大能力较差;表针摆动较大,表明管的放大能力大;若表针不动,说明管是坏的。

根据上述方法,我们用万用表的R×100档,测结型場效應管3DJ2F。先将管的G极开路,测得漏源电阻RDS为600Ω,用手捏住G极后,表针向左摆动,指示的电阻RDS为12kΩ,表针摆动的幅度较大,说明该管是好的,并有较大的放大能力。

运用这种方法时要说明几点:首先,在测试場效應管用手捏住栅极时,万用表针可能向右摆动(电阻值减小),也可能向左摆动(电阻值增加)。这是由于人体感应的交流电压较高,而不同的場效應管用电阻档测量时的工作点可能不同(或者工作在饱和区或者在不饱和区)所致,试验表明,多数管的RDS增大,即表针向左摆动;少数管的RDS减小,使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何,只要表针摆动幅度较大,就说明管有较大的放大能力。第二,此方法对MOS場效應管也适用。但要注意,MOS場效應管的输人电阻高,栅极G允许的感应电压不应过高,所以不要直接用手去捏栅极,必须用于握螺丝刀的绝缘柄,用金属杆去碰触栅极,以防止人体感应电荷直接加到栅极,引起栅极击穿。第三,每次测量完毕,应当G-S极间短路一下。这是因为G-S结电容上会充有少量电荷,建立起VGS电压,造成再进行测量时表针可能不动,只有将G-S极间电荷短路放掉才行。


4)用测电阻法判别无标志的場效應管

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,余下兩個腳爲第一柵極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,黑表筆所接的電極爲漏極D;紅表筆所接的爲源極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的位置後,按D、S的對應位置裝人電路,一般G1、G2也會依次對准位置,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

对VMOSN沟道增强型場效應管测量跨导性能时,可用红表笔接源极S、黑表笔接漏极D,这就相当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的,管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档,此时表内电压较高。当用手接触栅极G时,会发现管的反向电阻值有明显地变化,其变化越大,说明管的跨导值越高;如果被测管的跨导很小,用此法测时,反向阻值变化不大。


場效應管的使用注意事项

1)为了安全使用場效應管,在线路的设计中不能超过管的耗散功率,最大漏源电压、最大栅源电压和最大电流等参数的极限值。

2)各类型場效應管在使用时,都要严格按要求的偏置接人电路中,要遵守場效應管偏置的极性。如结型場效應管栅源漏之间是PN结,N沟道管栅极不能加正偏压;P沟道管栅极不能加负偏压,等等。

3)MOS場效應管由于输人阻抗极高,所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路,要用金属屏蔽包装,以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意,不能将MOS場效應管放人塑料盒子内,保存时最好放在金属盒内,同时也要注意管的防潮。

4)为了防止場效應管栅极感应击穿,要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地;管脚在焊接时,先焊源极;在连入电路之前,管的全部引线端保持互相短接状态,焊接完后才把短接材料去掉;从元器件架上取下管时,应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等;当然,如果能采用先进的气热型电烙铁,焊接場效應管是比较方便的,并且确保安全;在未关断电源时,绝对不可以把管插人电路或从电路中拔出。以上安全措施在使用場效應管时必须注意。

5)在安装場效應管时,注意安装的位置要尽量避免靠近发热元件;为了防管件振动,有必要将管壳体紧固起来;管脚引线在弯曲时,应当大于根部尺寸5毫米处进行,以防止弯断管脚和引起漏气等。

对于功率型場效應管,要有良好的散热条件。因为功率型場效應管在高负荷条件下运用,必须设计足够的散热器,确保壳体温度不超过额定值,使器件长期稳定可靠地工作。

总之,确保場效應管安全使用,要注意的事项是多种多样,采取的安全措施也是各种各样,广大的专业技术人员,特别是广大的电子爱好者,都要根据自己的实际情况出发,采取切实可行的办法,安全有效地用好場效應管。


場效應管應用領域

1:工业领域、步进马达驱动、 电钻工具、工业开关电源

2:新能源領域、光伏逆變、充電樁、無人機

3:交通運輸領域、车载逆变器、汽车HID安定器、电动自行车

4:綠色照明領域、CCFL节能灯、LED照明电源、金卤灯镇流器

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