n溝道場效應管g極電壓可以大於d極電壓嗎
時間:2020-03-08 10:57 來源:ob体育竞彩
可以的,當然g極電壓要在規格書要求的範圍內,g極與s極之間的電壓很重要,gs控製場效應管的開與關,要查規格書裏麵這個的電壓是多少,控製方式就跟開門一樣,gs電壓不夠隻能開一半或關一半,就是不能完全導通。三極管呢隻有關閉與打開兩種狀態。所以使用場效應管一定注意gs電壓。
N溝道場效應管若工作於開關狀態,當管子飽和導通時會出現G極(柵極)電壓大於D極(漏極)電壓這種情況,但管子不會損壞。若管子工作於線性放大狀態或截止狀態時,出現G極電壓大於D極電壓,可能會將管子的GS兩極擊穿,導致其永久性損壞。我們來看一下N溝道管子的內部電路。
N溝道場效應管的內部電路如上圖所示。VD1為管子GS兩極之間的保護二極管,其作用是保護場效應管的GS兩極不會因過高的電壓而擊穿損壞。我們知道,MOS場效應管柵極輸入電阻極高(可達TΩ級),但是管子GS兩極間的耐壓值卻不高,實際中為了避免過高的輸入電壓或靜電電壓擊穿管子的GS兩極,一般都在MOS管的GS極間加一個VD1用於過壓保護。當管子G極電壓過高時,VD1導通,將輸入高壓鉗位在VD1穩壓值附近,避免高壓損壞管子輸入端。一般像8N50、IRF540這類大功率N溝道管子,其GS兩極之間的最高允許電壓在20V左右,而像SI2302、AO3400這類貼片MOS管的最高允許電壓則稍低一些,一般隻有十幾伏。上圖中的VD2為寄生二極管。
上圖是IRF540場效應管(其參數見下圖)構成的一個簡單的控製電路。假設電池電壓為36V,電阻R7為1MΩ,此時若Vin為15V,則管子飽和導通,其D極電壓可低至1V以下,這樣管子的G極電壓即大於D極電壓,此時管子並不會損壞。
但是若IRF540的G極不加電阻R6,直接將G極接36V電池,則管子GS兩極之間的保護二極管VD1很容易擊穿損壞,從而導致該管永久性損壞。
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極屬於驅動端,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,屬於壓控元件(三極管屬於電流元件),柵極輸入阻抗很大(約10^7Ω~10^12Ω),電流很小幾乎為零。下麵技術閑聊以N溝道場效應管為例進行說明,下圖為N溝道場效應管的結構及符號。
場效應管也有三個工作區間:截止區(夾斷區)、可變電阻區和恒流區(飽和區)。
截止區: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),相當於開路。
可變電阻區: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持續增大,阻抗隨之減小,此區間ID與VGS呈線性關係。
恒流區(飽和區):當VGS繼續增大,漏極電流(ID)不再增大(趨於穩定)時,此區間屬於恒流區,也就是管子完全飽和狀態。管子飽和時,漏極-源極的阻抗(內阻)很小,都是mΩ數量級,比如50mΩ、8mΩ等,質量較好的大電流場效應管其飽和內阻可達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口控製N溝道場效應管的原理,由於場效應管的飽和控製電壓VGS一般6V~10V,因此不能直接使用3.3V電平的IO口直接控製場效應管。該原理通過NPN三極管驅動場效應管,因為三極管屬於電流驅動,一般電壓大於0.6V即可驅動三極管。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。
上文實例是使用場效應管的截止/飽和區將場效應管當電子開關控製負載,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隻是開關,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後,答案已經很明了了,N溝道的場效應管的恒流區(飽和區)柵極(G極)和源極(S極)之間施加電壓一般6V~10V(管子飽和驅動電壓),當管子達到飽和時其內阻很小,都是mΩ級別,小的可達幾mΩ。如上圖例子,假設該管子內阻為20mΩ,負載電流為5A,管子飽和時VDS=20mΩ×5A=0.1V,而驅動電壓VGS=8V,源極S接地,因此G極的電壓為8V而D極的電壓隻有0.1V,可見G極的電壓明顯比D極高。
總結:在管子各極所能承受的電壓範圍內,柵極(G極)的電壓是可以高於漏極(D極)電壓的,場效應管之所以能夠廣泛應用,是因為其有很多優點,比如輸入阻抗高,穩定性好,輸出端對輸入端影響很小;驅動負載能力強,在中小電流場合壓降小;熱穩定性好,噪聲低,失真小。因此中小電流場合場效應管占優勢,但在大電流場合晶體管、IGBT占優勢。
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