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      MOS管場(chǎng)效應管的作用有哪些?以及它的應用領(lǐng)域

      信息來(lái)源:本站 日期:2016-10-26 

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      場(chǎng)效應管分類(lèi)

      場(chǎng)效應管分結型、絕緣柵型兩大類(lèi)。結型場(chǎng)效應管(JFET)因有兩個(gè)PN結而得名,絕緣柵型場(chǎng)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(chǎng)效應管中,應用最為普遍的是MOS場(chǎng)效應管,簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管(即金屬-氧化物-半導體場(chǎng)效應管MOSFET);此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場(chǎng)效應管,以及最近剛問(wèn)世的πMOS場(chǎng)效應管、VMOS功率模塊等。

      mos管和場(chǎng)效應管
      碳化硅場(chǎng)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(lái)劃分,場(chǎng)效應管又可分紅耗盡型與加強型。結型場(chǎng)效應管均為耗盡型,絕緣柵型場(chǎng)效應管既有耗盡型的,也有加強型的。

      場(chǎng)效應晶體管可分為結場(chǎng)效應晶體管和MOS場(chǎng)效應晶體管。而MOS場(chǎng)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(lèi)。見(jiàn)下圖。

      碳化硅場(chǎng)效應管

      場(chǎng)效應管的特點(diǎn)

      場(chǎng)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(chǎng)效應管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特性。

      場(chǎng)效應管

      場(chǎng)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(shí),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(shí),耗盡層減小,溝道增大,漏極電流ID增大??梢?jiàn),漏極電流ID受柵極電壓的控制,所以場(chǎng)效應管是電壓控制型器件,即經(jīng)過(guò)輸入電壓的變化來(lái)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(chǎng)效應管用于放大等電路時(shí),其柵極也應加偏置電壓。

      結型場(chǎng)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(chǎng)效應管應加正向柵壓。耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管的柵壓可正、可負、可為“0”,見(jiàn)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(chǎng)效應管

      場(chǎng)效應管的參數

      場(chǎng)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(shí)只需關(guān)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(kāi)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(chǎng)效應管中,柵極電壓UGS=0時(shí)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(chǎng)效應管中,使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。如同4-25所示為N溝道管的UGS一ID曲線(xiàn),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(xiàn)。

      場(chǎng)效應管



      (3)開(kāi)啟電壓

      開(kāi)啟電壓UT是指加強型絕緣柵場(chǎng)效應管中,使漏源間剛導通時(shí)的柵極電壓。如圖4-27所示為N溝道管的UGS-ID曲線(xiàn),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(xiàn)。

      場(chǎng)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(chǎng)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(shí),場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。運用時(shí)場(chǎng)效應管實(shí)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(chǎng)效應管正常工作時(shí),漏源間所允許經(jīng)過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應管的工作電流不應超越IDSM。

      場(chǎng)效應管的作用

      一、場(chǎng)效應管可應用于放大。由于場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應管可以用作可變電阻。

      四、場(chǎng)效應管可以方便地用作恒流源。

      五、場(chǎng)效應管可以用作電子開(kāi)關(guān)。

      MOS管、場(chǎng)效應管。具有低內阻、高耐壓、快速開(kāi)關(guān)、雪崩能量高等特點(diǎn),設計電流跨度1A-200A電壓跨度30V-1200V,我們可以根據客戶(hù)的應用領(lǐng)域和應用方案的不同作出調整電性參數,提高客戶(hù)產(chǎn)品的可靠性,整體轉換效率和產(chǎn)品的價(jià)格競爭優(yōu)勢。


      場(chǎng)效應管與晶體管的比較

      (1)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應管是利用多數載流子導電,所以稱(chēng)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(chēng)之為雙極型器件。

      (3)有些場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應管集成在一塊硅片上,因此場(chǎng)效應管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。


      場(chǎng)效應管好壞與極性判別

      將萬(wàn)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(shí)觸及一下G,D極,場(chǎng)效應管應呈瞬時(shí)導通狀態(tài),即表針擺向阻值較小的位置,再用手觸及一下G,S極, 場(chǎng)效應管應無(wú)反應,即表針回零位置不動(dòng).此時(shí)應可判斷出場(chǎng)效應管為好管.

      將萬(wàn)用表的量程選擇在RX1K檔,分別測量場(chǎng)效應管三個(gè)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(wú)窮大時(shí),并且再交換表筆后仍為無(wú)窮大時(shí),則此腳為G極,其它兩腳為S極和D極.然后再用萬(wàn)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(chǎng)效應管的檢測及使用注意事項

      一、用指針式萬(wàn)用表對場(chǎng)效應管進(jìn)行判別

      1)用測電阻法判別結型場(chǎng)效應管的電極

      根據場(chǎng)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(chǎng)效應管的三個(gè)電極。具體方法:將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1k檔上,任選兩個(gè)電極,分別測出其正、反向電阻值。當某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等,且為幾千歐姆時(shí),則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場(chǎng)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(wàn)用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個(gè)電極,另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)電極,測其電阻值。當出現兩次測得的電阻值近似相等時(shí),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(shuō)明是PN結的反向,即都是反向電阻,可以判定是N溝道場(chǎng)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(shuō)明是正向PN結,即是正向電阻,判定為P溝道場(chǎng)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(jìn)行測試,直到判別出柵極為止。


      2)用測電阻法判別場(chǎng)效應管的好壞

      測電阻法是用萬(wàn)用表測量場(chǎng)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(chǎng)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(wàn)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(wú)窮大,可能是內部斷極。然后把萬(wàn)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(wú)窮大,則說(shuō)明管是正常的;若測得上述各阻值太小或為通路,則說(shuō)明管是壞的。要注意,若兩個(gè)柵極在管內斷極,可用元件代換法進(jìn)行檢測。


      3)用感應信號輸人法估測場(chǎng)效應管的放大能力

      具體方法:用萬(wàn)用表電阻的R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,給場(chǎng)效應管加上1.5V的電源電壓,此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場(chǎng)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(fā)生變化,也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化,由此可以觀(guān)察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極表針擺動(dòng)較小,說(shuō)明管的放大能力較差;表針擺動(dòng)較大,表明管的放大能力大;若表針不動(dòng),說(shuō)明管是壞的。

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

      運用這種方法時(shí)要說(shuō)明幾點(diǎn):首先,在測試場(chǎng)效應管用手捏住柵極時(shí),萬(wàn)用表針可能向右擺動(dòng)(電阻值減小),也可能向左擺動(dòng)(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(chǎng)效應管用電阻檔測量時(shí)的工作點(diǎn)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(dòng);少數管的RDS減小,使表針向右擺動(dòng)。但無(wú)論表針擺動(dòng)方向如何,只要表針擺動(dòng)幅度較大,就說(shuō)明管有較大的放大能力。第二,此方法對MOS場(chǎng)效應管也適用。但要注意,MOS場(chǎng)效應管的輸人電阻高,柵極G允許的感應電壓不應過(guò)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(huì )充有少量電荷,建立起VGS電壓,造成再進(jìn)行測量時(shí)表針可能不動(dòng),只有將G-S極間電荷短路放掉才行。


      4)用測電阻法判別無(wú)標志的場(chǎng)效應管

      首先用測量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳,也就是源極S和漏極D,余下兩個(gè)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(lái),對調表筆再測量一次,把其測得電阻值記下來(lái),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(lái)的S、D極,還可以用估測其管的放大能力的方法進(jìn)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(huì )依次對準位置,這就確定了兩個(gè)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(chǎng)效應管測量跨導性能時(shí),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(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開(kāi)路的,管的反向電阻值是很不穩定的。將萬(wàn)用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時(shí)表內電壓較高。當用手接觸柵極G時(shí),會(huì )發(fā)現管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說(shuō)明管的跨導值越高;如果被測管的跨導很小,用此法測時(shí),反向阻值變化不大。


      場(chǎng)效應管的使用注意事項

      1)為了安全使用場(chǎng)效應管,在線(xiàn)路的設計中不能超過(guò)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(lèi)型場(chǎng)效應管在使用時(shí),都要嚴格按要求的偏置接人電路中,要遵守場(chǎng)效應管偏置的極性。如結型場(chǎng)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(chǎng)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(lái)感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意,不能將MOS場(chǎng)效應管放人塑料盒子內,保存時(shí)最好放在金屬盒內,同時(shí)也要注意管的防潮。

      4)為了防止場(chǎng)效應管柵極感應擊穿,要求一切測試儀器、工作臺、電烙鐵、線(xiàn)路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時(shí),先焊源極;在連入電路之前,管的全部引線(xiàn)端保持互相短接狀態(tài),焊接完后才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時(shí),應以適當的方式確保人體接地如采用接地環(huán)等;當然,如果能采用先進(jìn)的氣熱型電烙鐵,焊接場(chǎng)效應管是比較方便的,并且確保安全;在未關(guān)斷電源時(shí),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(chǎng)效應管時(shí)必須注意。

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

      對于功率型場(chǎng)效應管,要有良好的散熱條件。因為功率型場(chǎng)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(guò)額定值,使器件長(cháng)期穩定可靠地工作。

      總之,確保場(chǎng)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(zhuān)業(yè)技術(shù)人員,特別是廣大的電子愛(ài)好者,都要根據自己的實(shí)際情況出發(fā),采取切實(shí)可行的辦法,安全有效地用好場(chǎng)效應管。


      場(chǎng)效應管應用領(lǐng)域

      1:工業(yè)領(lǐng)域、步進(jìn)馬達驅動(dòng)、 電鉆工具、工業(yè)開(kāi)關(guān)電源

      2:新能源領(lǐng)域、光伏逆變、充電樁、無(wú)人機

      3:交通運輸領(lǐng)域、車(chē)載逆變器、汽車(chē)HID安定器、電動(dòng)自行車(chē)

      4:綠色照明領(lǐng)域、CCFL節能燈、LED照明電源、金鹵燈鎮流器

      場(chǎng)效應更管


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