場效應管G極電壓可以大于D極電壓嗎？詳解-KIA MOS管

場效應管-電壓

N溝道場效應管柵極（G極）電壓是否可以大于漏極（D極）電壓？為什么？答案：完全是可以的；場效應管完全導通時其G極電壓就比D極電壓高。

N溝道場效應管

場效應管有N溝道和P溝道兩種類型，共有3個極：柵極（G極）、漏極（D極）和源極（S極），其中G極屬于驅(qū)動端，G極與S極有相應的壓差，管子才導通。

場效應管與三極管不同，屬于壓控元件（三極管屬于電流元件），柵極輸入阻抗很大（約10^7Ω~10^12Ω），電流很小幾乎為零。

以N溝道場效應管為例進行說明，下圖為N溝道場效應管的結(jié)構(gòu)及符號。

場效應管也有三個工作區(qū)間：截止區(qū)（夾斷區(qū)）、可變電阻區(qū)和恒流區(qū)（飽和區(qū)）。

截止區(qū)：VGS＜VGS(th），VGS(th）為管子的開啟電壓，此期間漏極-源極之間的阻抗很大，ID電流幾乎為零（一般μA級以下），相當于開路。

可變電阻區(qū)：VGS(th）＜VGS＜VGS（飽和），當VGS兩端的電壓達到管子的開啟電壓時，漏極開始有電流，此時漏極-源極的阻抗比較大，VGS持續(xù)增大，阻抗隨之減小，此區(qū)間ID與VGS呈線性關系。

恒流區(qū)（飽和區(qū)）：當VGS繼續(xù)增大，漏極電流（ID）不再增大（趨于穩(wěn)定）時，此區(qū)間屬于恒流區(qū)，也就是管子完全飽和狀態(tài)。

管子飽和時，漏極-源極的阻抗（內(nèi)阻）很小，都是mΩ數(shù)量級，比如50mΩ、8mΩ等，質(zhì)量較好的大電流場效應管其飽和內(nèi)阻可達1mΩ/2mΩ，甚至更小。

N溝道場效應管應用實例

如下圖為使用3.3V的I/O口控制N溝道場效應管的原理，由于場效應管的飽和控制電壓VGS一般6V~10V，因此不能直接使用3.3V電平的IO口直接控制場效應管。

該原理通過NPN三極管驅(qū)動場效應管，因為三極管屬于電流驅(qū)動，一般電壓大于0.6V即可驅(qū)動三極管。該原理的具體過程為：

當I/O口為高電平（3.3V）時，三極管Q1導通，將場效應管Q2的柵極電壓拉低（幾乎為0V），此時VGS≈0V，場效應管Q2截止，負載不工作；

當IO口輸出低電平時，三極管Q1基極電壓為0，三極管截止，場效應管Q2柵極電壓由24V經(jīng)10K和20K分壓得到8V電壓，即VGS=8V，場效應管Q2導通（飽和），負載工作。

實例是使用場效應管的截止/飽和區(qū)將場效應管當電子開關控制負載，在實際應用中，場效應管當開關的場合很多，但場效應管的作用不僅僅只是開關，場效應管的輸入阻抗很高，可作為多級放大電路的輸入級提高輸入阻抗，也可以作為恒流源、可變電阻使用。

熟悉場效應管的原理及應用之后，答案已經(jīng)很明了了，N溝道的場效應管的恒流區(qū)（飽和區(qū)）柵極（G極）和源極（S極）之間施加電壓一般6V~10V（管子飽和驅(qū)動電壓），當管子達到飽和時其內(nèi)阻很小，都是mΩ級別，小的可達幾mΩ。

如上圖例子，假設該管子內(nèi)阻為20mΩ，負載電流為5A，管子飽和時VDS=20mΩ×5A=0.1V，而驅(qū)動電壓VGS=8V，源極S接地，因此G極的電壓為8V而D極的電壓只有0.1V，可見G極的電壓明顯比D極高。

總結(jié)：在管子各極所能承受的電壓范圍內(nèi)，柵極（G極）的電壓是可以高于漏極（D極）電壓的，場效應管之所以能夠廣泛應用，是因為其有很多優(yōu)點，比如輸入阻抗高，穩(wěn)定性好，輸出端對輸入端影響很小；

驅(qū)動負載能力強，在中小電流場合壓降小；熱穩(wěn)定性好，噪聲低，失真小。因此中小電流場合場效應管占優(yōu)勢，但在大電流場合晶體管、IGBT占優(yōu)勢。

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