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最全面場效應管工作原理文章大全知識-初學入門必學

信息來源:本站 日期:2017-09-27 

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場效應管原理

場效應晶體管通常簡稱為場效應管,是一種應用場效應原理工作的半導體器件,外形如圖4.21所示。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,得到了越來越普遍的應用。

場效應管原理

場效應管的品種很多,主要分為結型場效應管和絕緣柵場效應管兩大類,又都有N溝道和P溝道之分。

絕緣柵場效應管也叫做金屬氧化物半導體場效應管,簡稱為MOS場效應管,分為耗盡型MOS管和加強型MOS管。

場效應管還有單柵極管和雙柵極管之分。雙柵場效應管具有兩個相互獨立的柵極G1和G2,從構造上看相當于由兩個單柵場效應管串聯而成,其輸出電流的變化受到兩個柵極電壓的控制。雙柵場效應管的這種特性,在作為高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解調器運用時會帶來很大便當。

怎樣識別場效應管

場效應管的文字符號為“VT”,圖形符號如圖4-22所示。

場效應管原理

場效應管普通具有3個引腳,分別是柵極G、源極s和漏極D,它們的功用分別對應于雙極型晶體管的基極b、發射極e和集電極c。由于場效應管的源極s和漏極D是對稱的,實踐運用中能夠互換。雙柵極場效應管具有4個引腳,分別是柵極G1和G2、源極S和漏極D。常用場效應管的引腳如圖4-23所示,運用中應注意識別。

場效應管原理

場效應管有什么特點

場效應管的特點由柵極電壓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。

場效應管的基本工作原理如圖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。

場效應管原理

當負偏壓(-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(-Uc)的絕對值減小時,耗盡層減小,溝道增大,漏極電流ID增人??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。

結型場效應管的柵極應加反向偏置電壓,即N溝道管加負柵壓,P溝道管加正柵壓。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。加偏置的辦法有固定偏置法、自給偏置法、直接耦合法等。

場效應管原理

怎樣理解場效應管的參數

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Ue,(結型管和耗盡型絕緣柵管)或開啟電壓JT(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=O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。如圖4-25所示為N溝道管的UGS-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。
場效應管原理
場效應管原理

(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。

場效應管原理

場效應管原理

(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變化餐的比值。gm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也是一項極限參數,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并留有一定余量。
(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。場效應管的主要作用是放大、恒流、阻抗變換、可變電阻和電子開關等。

場效應管有哪些用途

(1)放大

場效應管具有放大作用。如圖4-29所示為場效應管放大器,輸入信號Ui經C1耦合至場效應管VT的柵極,與原來的柵極負偏壓相疊加,使其漏極電流ID相應變化,并在負載電阻RD上產生壓降,經C2隔離直流后輸出,在輸出端即得到放大了的信號電壓Uo。ID與Ui同相,Uo與ui反相。由于場效府管放大器的輸入阻抗很高,因而耦合電容能夠容最較小,不用運用電解電容器。

場效應管原理

(2)恒流

場效應管能夠便當地構成恒流源,電路如圖4-30所示。恒流原理是假如經過場效應管的漏極電流ID因故增大,源極電阻Rs上構成的負柵壓也隨之增大,迫使ID回落,反之亦然,使ID堅持恒定。恒定電流 式中Up為場效應管夾斷電壓。

場效應管原理

(3)阻抗變換

場效應管很高的輸入阻抗十分合適作阻抗變換。如圖4-31所示為場效應管源極輸出器,電路構造與晶體三極管射極跟隨器相似,但由于場效應管是電壓控制型器件,輸入阻抗極高,因而場效應管源極輸出用具有更高的輸入阻抗Zi和較低的輸出阻抗Zo,常用于多級放大器的高阻抗輸入級作阻抗變換。
場效應管原理

(4)可變電阻

場效應管能夠用作可變電阻。如圖4-32所示為自動電平控制電路,當輸人信號Ui增大招致Uo增大時,由Uo經二極管VD負向整流后構成的柵極偏壓-UG的絕對值也增大,使場效應管VT的等效電阻增大,R1與其的分壓比減小,使進入放大器的信號電壓減小,最終使Uo堅持根本不變。

場效應管原理

(5)電子開關

場效應管能夠用作電子開關。如圖4-33所示為直流信號調制電路,場效應管VT1、VT2下作于開關狀態,其柵極分別接人頻率相同、相位相反的方波電壓。當VTi導通VT2截止時,Ui向C充電;當VT1截VT2導通時,C放電;其輸出Uo便是與輸入直流電壓Ui相關的交變電壓。
場效應管原理

怎樣選用場效應管

常用場效應管主要有結型場效應管、耗盡型絕緣柵場效應管、加強型絕緣柵場效應管、雙柵場效應管、功率場效應管等。

(1)結型場效應管

結型場效應管因其具有兩個PN結而得名。結型場效應管正常工作時,柵極應加負偏壓(相對漏極而言)。關于N溝道結型場效應管,漏極加正電壓,柵極加負電壓。關于P溝道結型場效應管,漏極加負電壓,柵極加正電壓。

場效應管原理

結型場效應管的性能特性是當柵極電壓UGS=0時管子導通,漏極電流ID到達最大值。柵極電壓的絕對值越大ID越小,直至管子截止。如圖4-34所示為結型場效應管的轉移特性曲線(UGS-ID曲線)。

結型場效應管具有很高的輸入阻抗,為107~lO9Q。常用結型場效應管有3DJ系列,以及進口的2SJ系列和2SK系列等。

(2)耗盡型絕緣柵場效應管

絕緣柵場效應管因柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層而得名,分為耗盡型絕緣柵場效應管和加強型絕緣柵場效應管兩類。絕緣柵場效應管具有極高的輸入阻抗,為109~1015Ω。

耗盡型絕緣柵場效應管的性能特性是當柵極電壓UGS=O時管子有一定的漏極電流ID。關于N溝道耗盡型絕緣柵場效應管,漏極加正電壓,柵極電壓從“0”逐步上升時漏極電流ID逐步增大,柵極電壓從“o”逐步降落時漏極電流ID逐步減小直至截止。列于P溝道耗盡型絕緣柵場效應管,漏極加負電壓,柵極電壓從“0”逐步降落時漏極電流In逐步增大,柵極電壓從“o”逐步上升時漏極電流ID逐步減小直至截止。

如圖4-35所示為耗盡型絕緣柵場效應管的轉移特性曲線(UGS - ID曲線)。常用耗盡型絕緣柵場效應管有3D01、3D02、3D04等。

(3)加強型絕緣柵場效應管

加強型絕緣柵場效應管正常工作時,柵極應加正偏壓(即與漏極電壓相同)。關于N溝道加強型絕緣柵場效應管,漏極和柵極均加正電壓。關于P溝道加強型絕緣柵場效應管,漏極和柵極均加負電壓。
場效應管原理

加強型絕緣柵場效應管的性能特性是當柵極電壓UGS=0時管子截止。柵極電壓的絕對值到達開啟電壓UT時開端有漏極電流ID,柵極電壓的絕對值越大漏極電流ID越大。

如圖4-36所示為加強型絕緣柵場效應管的轉移特性曲線(UGS-ID曲線)。常用的加強型絕緣柵場效應管有3CO1、3C02、3CO3、3CO6、3DO3, 3DO6等。

(4)雙柵場效應管

雙柵場效應管的特性是具有兩個相互獨立的柵極G1和G2,從構造上看相當于兩個單柵場效應管的串聯體,如圖4-37所示。

場效應管原理

雙柵場效應管的輸出電流遭到兩個柵極電壓的控制。雙柵場效應管的這種特性使得其用作高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解凋器時帶來很大便當。
雙柵場效應管也有結型和絕緣柵型、N溝道和P溝道之分。常用結型雙柵場效應管有4DJ系列,常用絕緣柵型雙柵場效應管有4DO系列等。

(5)功率場效應管

功率場效應管也稱為VMOS場效應管,因其金屬柵極采用V形槽構造而得名,它也屬于絕緣柵場效應管。

功率場效應管是一種性能優秀的電壓控制型功率開關器件,具有輸入阻抗高、驅動電流小、電壓增益高、耐1i;高、工作電流大、輸出功率大、開關速度快、導通電阻小、熱穩定性好、過載才能強等特性,在功率放大器、開關電源、逆變器、電動機控制和調速等場所應用普遍。

常用功率場效應管有M'系列、VN系列、IRF系列等。

怎樣檢測場效應管

場效應管能夠用萬用表電阻撓停止引腳辨認和檢測。

(1)引腳辨認與檢測

結型場效應管的引腳辨認辦法如圖4-38所示,將萬用表置于“RXlk”擋,用兩表筆分別丈量每兩個引腳間的正、反向電阻。當某兩個引腳間的正、反向電阻相等,均為數千歐時,則這兩個引腳為漏極D和源極s(可互換),余下的一個引足跡為柵極G。

(2)辨別N溝道場效應管和P溝道場效應管

如圖4-39所示,將萬用表置于“R*1K擋,黑表筆接柵極G,紅表筆分別接另外兩引腳,假如測得兩個電阻值均很大,則為N溝道場效應管。假如測得兩個電阻值均很小,則為P溝道場效應管。假如丈量結果不契合以上兩步,則闡明該場效應管已壞或性能不良。
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(3)估測結型場效應管放大才能

將萬用表置于“RX100”擋,兩表筆分別接漏極D和源極S,然后用手捏住柵極G(注入人體感應電壓),表針應向左或向右擺動,如圖4-40所示。表針擺動幅度越大闡明場效應管的放大才能越大。假如表針不動,闡明該管已壞。

(4)估測絕緣柵場效應管放大才能

估測絕緣柵場效應管(MOS管)放大才能時,由于其輸入阻抗很高,為避免人體感應電壓惹起柵極擊穿,不要用手直接接觸柵極G,而應手拿螺釘旋具的絕緣柄,用螺釘旋具的金屬桿去接觸柵極G,如圖4-41所示。判別辦法與丈量結型場效應管相同。
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