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場效應管G極電壓可以大于D極電壓嗎?詳解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-11-04 

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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 電壓


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。


場效應管 電壓


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。


場效應管 電壓




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