场效应管在开关电路中的应用讲课稿.doc

场效应管在开关电路中的应用

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场效应管在开关电路中的应用
场效应管在mpn中，它的长相和我们前面讲的三极管极像，所以有不少修mpn的朋友好长时间还分不清楚，统一的把这些长相相同的三极管、场效应管、双二极管、还有各种稳压IC统统称作“三个脚的管管”，呵呵，如果这样麻木不分的话，你的维修技术恐怕很难快速提高的哦！
好了，说到这里场效应管的长相恐怕我就不用贴图了，在电路图中它常用

表示，关于它的构造原理由于比较抽象，我们是通俗化讲它的使用，所以不去多讲，由于根据使用的场合要求不同做出来的种类繁多，特性也都不尽相同；我们在mpn中常用的一般是作为电源供电的电控之开关使用，所以需要通过电流比较大，所以是使用的比较特殊的一种制造方法做出来了增强型 的场效应管（MOS型），它的电路图符号：
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仔细看看你会发现，这两个图似乎有差别，对了，这实际上是两种不同的增强型场效应管，第一个那个叫N沟道增强型场效应管，第二个那个叫P沟道增强型场效应管，它们的的作用是刚好相反的。前面说过，场效应管是用电控制的开关，那么我们就先讲一下怎么使用它来当开关的，从图中我们可以看到它也像三极管一样有三个脚，这三个脚分别叫做栅极（G）、源极（S）和漏极（D），mpn中的贴片元件示意图是这个样子：
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1脚就是栅极，这个栅极就是控制极，在栅极加上电压和不加上电压来控制2脚和3脚的相通与不相通，N沟道的，在栅极加上电压2脚和3脚就通电了，去掉电压就关断了，而P沟道的刚好相反，在栅极加上电压就关断（高电位），去掉电压（低电位）就相通了！
我们常见的2606主控电路图中的电源开机电路中经常遇到的就是P沟道MOS管：
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这个图中的SI2305就是P沟道MOS管，由于有很多朋友对于检查这一部分的故障很茫然，所以在这里很有必要讲一下它的工作原理，来加深一下你的印象！
图中电池的正电通过开关S1接到场效应管Q1的2脚源极，由于Q1是一个P沟道管，它的1脚栅极通过R20电阻提供一个正电位电压，所以不能通电，电压不能继续通过，3v稳压IC输入脚得不到电压所以就不能工作不开机！这时，如果我们按下SW1开机按键时，正电通过按键、R11、R23、D4加到三极管Q2的基极，三极管Q2的基极得到一个正电位，三极管导通（前面讲到三极管的时候已经讲过），由于三极管的发射极直接接地，三极管Q2导通就相当于Q1的栅极直接接地，加在它上面的通过R20电阻的电压就直接入了地，Q1的栅极就从高电位变为低电位，Q1导通电就从Q1同过加到3v稳压IC的输入脚，3v稳压IC就是那个U1输出3v的工作电压vcc供给主控，主控通过复位清0，读取固件程序检测等一系列动作，输处一个控制电压到PWR_ON再通过R24、R13分压送到Q2的基极，保持Q2一直处于导通状态，即使你松开开机键断开Q1的基极电压，这时候有主控送来的控制电压保持着，Q2也就一直能够处于导通状态，Q1就能源源不断的给3v稳压IC提供工作电压！SW1还同时通过R11、R30两个电阻的分压，给主控PLAY ON脚送去时间长短、次数不同的控制信号，主控通过固件鉴别是播放、暂停、开机、关机而输出不同的结果给相应的控制点，以达到不同的工作状态！

结型场效应管（N沟道JFET）工作原理：
    可将N沟道JFET看作带“人工智能开关”的水龙头。这就有三部分：进水、人工智能开关、出水，可以分别看成是JFET的 d极 、g 极、s极。
    “人工”体现了开关的“控制”作用即vGS。JFET工作时在栅极与源极之间需加一负电压（vGS<0），使栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流iG≈0，场效应管呈现高达107Ω以上的输入电阻。在漏极与源极之间加一正电压（vDS>0），使N沟道中的多数载流子（电子）在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流iD。iD的大小受“人工开关”vGS的控制，vGS由零往负向增大时，PN结的耗尽层将加宽，导电沟道变窄，vGS绝对值越大则人工开关越接近于关上，流出的水（iD）肯定越来越小了，当你把开关关到一定程度的时候水就不流了。
   “智能”体现了开关的“影响”作用，当水龙头两端压力差（vDS）越大时，则人工开关自动智能“生长”。vDS值越大则人工开关生长越快，流水沟道越接近于关上，流出的水（iD）肯定越小了，当人工开关生长到一定程度的时候水也就不流了。理论上，随着vDS逐渐增加，一方面沟道电场强度加大，有利于漏极电流iD增加；另一方面，有了vDS，就在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体区域中，产生了一个沿沟道的电位梯度。由于N沟道的电位从源端到漏端是逐渐升高的，所以在从源端到漏端的不同位置上，漏极与沟道之间的电位差是不相等的，离源极越远，电位差越大，加到该处PN结的反向电压也越大，耗尽层也越向N型半导体中心扩展，使靠近漏极处的导电沟道比靠近源极要窄，导电沟道呈楔形。所以形象地比喻为当水龙头两端压力差（vDS）越大，则人工开关自动智能“生长”。
    当开关第一次相碰时，就是预夹断状态，预夹断之后id趋于饱和。
    当vGS>0时，将使PN结处于正向偏置而产生较大的栅流，破坏了它对漏极电流iD的控制作用，即将人工开关拔出来，在开关处又加了一根进水水管，对水龙头就没有控制作用了。

绝缘栅场效应管(N沟道增强型MOSFET)工作原理：
    可将N沟道MOSFET看作带“人工智能开关”的水龙头。相对应情况同JFET。与JFET不同的的是，MOSFET刚开始人工开关是关着的，水流流不出来。当在栅源之间加vGS>0， N型感生沟道（反型层）产生后，人工开关逐渐打开，水流（iD）也就越来越大。iD的大小受“人工开关”vGS的控制，vGS由零往正向增大时，则栅极和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容器，在正的栅源电压作用下，介质中便产生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型衬底的电场，这个电场排斥空穴而吸引电子，P型衬底中的少子电子被吸引到衬底表面，这些电子在栅极附近的P型硅表面便形成了一个N型薄层，即导通源极和漏极间的N型导电沟道。栅源电压vGS越大则半导体表面的电场就越强，吸引到P型硅表面的电子就越多，感生沟道将越厚，沟道电阻将越小。相当于人工开关越接近于打开，流出的水（iD）肯定越来越多了，当你把开关开到一定程度的时候水流就达到最大了。MOSFET的“智能”性与JFET原理相同，参上。

绝缘栅场效应管(N沟道耗尽型MOSFET)工作原理：
    基本上与N沟道JFET一样，只是当vGS>0时，N沟道耗尽型MOSFET由于绝缘层的存在，并不会产生PN结的正向电流，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使人工智能开关的控制作用更明显。

开关只有两种状态通和断，三极管和场效应管工作有三种状态，1、截止，2、线性放大，3、饱和（基极电流继续增加而集电极电流不再增加）。使晶体管只工作在1和3状态的电路称之为开关电路，一般以晶体管截止，集电极不吸收电流表示关；以晶体管饱和，发射极和集电极之间的电压差接近于0V时表示开。开关电路用于数字电路时，输出电位接近0V时表示0，输出电位接近电源电压时表示1。所以数字集成电路内部的晶体管都工作在开关状态。

晶体管饱和的条件, V(工作电压) / Rc(负载电阻阻值) = Ic,  Ic / β < Ib .
晶体管截止的条件, Ic ≈ 0  ; Ib ≤ 0 (基极不能悬浮至少有电阻接地,必要时可用反偏置)

N沟道场效应管NFET，DS间加正向电压，GS极间加电压Vgs，
例如Vgs－Vdson＝5v，则NFET导通，等效于三极管的饱和导通状态。做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。
当Vgs小于夹断电压时，则NFET截止。 做无触点的、接通状态的电子开关

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