汽车电工电子基础高职学习资料.ppt

,汽车,电工电子,学习任务,2,常用半导体器件,书名：汽车电工电子基础,ISBN,：,9787111411901,作者：臧雪岩,出版社：机械工业出版社,本书配有电子课件,第,2,章 常用半导体器件与应用,目录：,2.1,半导体基础知识,2.2,半导体二极管,2.3,半导体三极管,2.4,绝缘栅场效应管,2.5,基本放大电路及其分析,2.6,集成运算放大器,2.7,晶闸管,2.8,直流稳压电源,第,2,章 常用半导体器件与应用,应知：,半导体导电特性，,PN,结结构及形成过程；,二极管结构、单向导电性及其应用；,三极管结构、工作状态及放大、开关作用及其应用；,基本放大电路的组成及各元件的作用；,集成运算放大器的构成、特点及其应用；,晶闸管结构、工作原理及其应用；,直流稳压电源的组成，整流、滤波及稳压的原理。,第,2,章 常用半导体器件与应用,应会：,二极管、三极管的检测与识别；,基本放大电路、开关电路的分析方法。,2.3,半导体三极管,学习目标：,了解三极管的结构及工作状态，掌握三极管的简易测试方法，掌握三极管的放大、开关电路在汽车上的应用。,2.3.1,三极管的基本结构,2.3,半导体三极管,在一块半导体芯片上，通过掺杂等工艺形成三个导电区域和两个,PN,结，分别从三个区引出电极，加管封装即形成晶体三极管。,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN,型,B,E,C,B,E,C,PNP,型,P,P,N,基极,发射极,集电极,三极管有：三个导电区、两个,PN,结、三个电极。,2.3,半导体三极管,2.3.1,三极管的基本结构,2.3,半导体三极管,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN,型,B,E,C,B,E,C,PNP,型,P,P,N,基极,发射极,集电极,符号：,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,型三极管,B,E,C,I,B,I,E,I,C,PNP,型三极管,三个导电区、两个,PN,结、三个电极。,2.3.1,三极管的基本结构,2.3,半导体三极管,基区：最薄，,掺杂浓度最低,发射区：掺,杂浓度最高,发射结,集电结,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,集电区：,面积最大,发射区用来,发射载流子,。,集电区用来,收集载流子,。,基区用来,控制载流子,。,晶体管有,锗管,和,硅管。,三个导电区、两个,PN,结、三个电极。,2.3.1,三极管的基本结构,2.3,半导体三极管,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,PN,结的偏置方式决定了晶体管的导通与截止。,晶体管有两个,PN,结、三个电极，需要以一个电极为公用端接两个外加电压。故有,三种接法。,1.,放大状态,(1),条件,发射结正偏、集电结反偏,晶体管有三种工作状态：,放大状态、饱和状态和截止状态,。,以,NPN,管为例,发射结要正向偏置,，以保证发射区的多数载流子能到达基区；其次，,集电结要反向偏置,，以保证发射到基区的大多数载流子都能传输到集电区。,N,N,P,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,NPN,：,发射结正偏,V,B,V,E,；,集电结反偏,V,C,V,B,。,1.,放大状态,(1),条件,发射结正偏、集电结反偏,N,N,P,PNP,管如何？,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,1.,放大状态,(1),条件,发射结正偏、集电结反偏,(2),载流子运动过程,发射区发射载流子形成,I,E,，其中少部分在基区被复合而形成,I,B,，大部分被集电极收集而形成,I,C,。,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,1.,放大状态,(2),载流子运动过程,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,I,B,I,C,I,CBO,基区空穴向发射区的扩散可忽略,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流,I,E,进入,P,区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流,I,B,，多数扩散到集电结。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成,I,C,集电结反偏，有少子形成的反向电流,I,CBO,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,1.,放大状态,(2),载流子运动过程,I,C,I,B,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,I,B,I,C,I,CBO,发射区向基区扩散电子,；,电子在基区扩散和复合；,集电区收集从发射区扩散过来的电子,。,如上所述，从发射区扩散到基区的电子只有一小部分在基区复合，绝大部分到达集电区。由于,I,B,很小，而,I,C,很大，因此其电流放大系数为：,2.3,半导体三极管,(2),载流子运动过程,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,1.,放大状态,(2),三电极电流关系,I,E,I,B,I,C,I,C,I,B,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,I,E,I,B,I,C,I,CBO,且,I,C,I,B,二者数值很接近，一般不作区别，统称为三极管的电流放大系数，用,表示。,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,2.,饱和状态,(1),条件,发射结正偏、集电结正偏,I,C,不随,I,B,的增大而增大的现象。,实际上,U,CE,U,BE,即饱和。,NPN,：,发射结正偏,V,B,V,E,；,集电结正偏,V,B,V,C,。,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,2.,饱和状态,(1),条件,发射结正偏、集电结正偏,I,C,不随,I,B,的增大而增大的现象。,(2),特征,I,B,增加时，,I,C,基本不变；,U,CE,0,；,晶体管相当于短路,(,开关闭合,),。,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,3.,截止状态,(1),条件,发射结反偏、集电结反偏,NPN,：,发射结反偏,V,B,V,E,；,集电结反偏,V,B,V,C,。,实际上,V,E,V,B,即截止。,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,3.,截止状态,(1),条件,发射结反偏、集电结反偏,(2),特征,基极电流,I,B,0,；,集电极电流,I,C,0,；,U,CE,U,CC,；,晶体管相当于开路,(,开关断开,),。,2.3.2,三极管的电流放大作用,2.3,半导体三极管,三极管的应用,放大作用,：对微弱的传感器信号进行放大后，传给,ECU,；,开关作用,：利用三极管截止与饱和两个状态互相变换，即集电极与发射极间的短路与断路，作为一个电子开关，控制其他电子元件。,2.3.3,三极管的特性曲线,2.3,半导体三极管,用来表示三极管各极电压和电流之间相互关系的曲线，它反映三极管的性能，也是分析放大电路的重要依据。,最常用的是共射极接法的输入特性曲线和输出特性曲线，这些曲线可用三极管图示仪直接观测得到，也可以通过实验电路进行测绘。,直观地分析三极管的工作状态。,合理选择电路的参数，设计性能良好的电路。,为什么要研究特性曲线？,对于不同型号的三极管其特性也不相同，现用,NPN,硅管,3DG6,，测其特性。,2.3.3,三极管的特性曲线,输入回路,输出回路,I,C,E,B,mA,A,V,U,CE,U,BE,R,B,I,B,E,C,V,+,+,+,+,测量晶体管特性的实验线路,发射极是输入回路、输出回路的公共端。,共发射极电路,1.,输入特性曲线,当,U,CE,常数时，,I,B,与,U,BE,之间的关系曲线,I,B,=,f,(,U,BE,),称为晶体管的输入特性曲线。,2.3,半导体三极管,2.3.3,三极管的特性曲线,1.,输入特性曲线,2.3,半导体三极管,特点,:,非线性,死区电压：硅管,0.5V,，锗管,0.1V,。,正常工作时发射结电压：,硅管：,U,BE,0.60.7V,锗管：,U,BE,0.2 0.3V,I,B,(,A),U,BE,(V),20,40,60,80,0.4,0.8,U,CE,1V,O,75,25,U,CE,1V,时，晶体管处于放大状态，且所有输入特性曲线基本上是重合的；,U,BE,超过死区后进入放大状态；,温度增加时，,U,BE,不变时，,I,B,增加。,2.3.3,三极管的特性曲线,2.,输出特性曲线,2.3,半导体三极管,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,2,6,I,C,(,m,A ),1,2,2,4,U,CE,(V),9,12,O,放大区,三极管输出特性曲线分三个工作区,(1),放大区,在放大区有,I,C,=,I,B,，也,称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,2.,输出特性曲线,2.3,半导体三极管,三极管输出特性曲线分三个工作区,(2),截止区,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,2,6,I,C,(,m,A ),1,2,2,4,U,CE,(V),9,12,O,截止区,当,I,B,=0,时曲线以下区域，有,I,C,0,。对,NPN,管，,U,BE,=,U,T,时，即开始截止，但是为了可靠截止常使,U,BE,小于或等于零。,此时发射结，集电结均反向偏置，三极管的电流很小可以不计，相当于开关断开。,2.,输出特性曲线,2.3,半导体三极管,三极管输出特性曲线分三个工作区,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,2,6,I,C,(,m,A ),1,2,2,4,U,CE,(V),9,12,O,饱和区,截止区,(3),饱和区,当,U,BE,U,CE,时，发射结、集电结均正向偏置，三极管处于饱和工作状态。,在饱和区,I,B,的变化对,I,C,的影响很小，两者不成正比，放大区不能用于饱和区，由于饱和时，两结都正向偏置，阻挡层消失，电流很大，相当于开关闭合。,三极管,2.3.4,三极管的命名,2.3,半导体三极管,三极管的命名方法各国不同，通常根据中华人民共和国国家标准,GB249-1989,规定，三极管的命名由五部分组成。,2.3,半导体三极管,第一部分,第二部分,第三部分,第四部分,第五部分,用数字表示电极数目,用汉语拼音字母表示器件材料和极性,用汉语拼音字母表示器件的类别,用数字表示,器件序号,用汉语拼音字母表示规格号,符号,意义,符号,意义,符号,意义,2,二,极,管,A,B,C,D,N,型锗材料,P,型锗材料,N,型硅材料,P,型硅材料,P,V,W,C,Z,L,S,K,X,G,D,A,T,Y,B,J,小信号管,混频检波管,电压调整和电压基准管,变容管,整流管,整流堆,隧道管,开关管,低频小功率管,高频小功率管,低频大功率管,高频大功率管,闸整管,体效应管,雪崩管,阶跃恢复管,3,三,极,管,A,B,C,D,E,PNP,型锗材料,NPN,型锗材料,PNP,型硅材料,NPN,型硅材料,化合物材料,2.3.5,三极管的主要参数,2.3,半导体三极管,1.,电流放大系数,(,倍数,),当三极管工作在动态时，基极电流的变化量为，它引起集电极电流的变化量为，它与的比值称为电流放大系数。,2.,集,基极反向饱和电流,(,I,CBO,),在发射极开路的情况下，集,电极与基极之间加反向电压时的,反向电流称集,基极反向饱和电,流,(,I,CBO,),。它实际上和单个,PN,结,的反向电流一样，受温度影响很大。,在一定温度下,I,CBO,基本是一个常数。一般小功率锗三极管的,I,CBO,为几微安到几十微安，小功率硅三极管的,I,CBO,小于，显然,I,CBO,越小，锗三极管或硅三极管的工作稳定性越好。,2.3.5,三极管的主要参数,2.3,半导体三极管,2.,集,射极反向穿透电流,(,I,CEO,),在基极开路情况下，集射极之间加上一定反向电压时的集射极反向穿透电流,(,I,CEO,),。也称集,射极反向穿透电流。,4.,集电极最大允许电流,I,CM,集电极电流超过某一值时，电流,放大系数值就要下降，,I,CM,就是下降到,其正常值的,2/3,时的集电极电流。,5.,集,射极反向击穿电压,U,(BR)CEO,是在基极开路时加在集射极之间的最大允许电压，当三极管的集射极电压,U,CE,大于,U,(BR)CEO,时，,I,CEO,剧增三极管被击穿。,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,1.,先判断基极,b,和三极管类型,从外表不能判别三极管时，需要借助万用表电阻挡来大致判别三极管的好坏和极性。,依据：,PN,结,正向电阻小，反向电阻大,。,工具：,万用表。,方法,:,用万用表的,R100,或,R1k,挡,(,不能用,R1,和,R10k,挡,？,),来测量,PN,结的正反向电阻。,判断：,两表笔分别对晶体管的三个管脚中的任意两个管脚进行正接测量和反接测量各一次，如果在正、反接时测得的电阻均较大，则此次测量中所空下的管脚即为基极,(,？,),。,(1),基极判断,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,1.,先判断基极,b,和三极管类型,(2)NPN,型和,PNP,型的判别,依据：,PN,结正向,电阻小，反向电阻大,。,方法,:,用黑表笔接基极，红表笔分别接另外两极。,判断：,若测得两个电阻都很大，即为,PNP,型；若测得两个阻值都很小，即为,NPN,型三极管,(,？,),。,2.,发射极和集电极的判别,依据：,三极管处于放大状态时，集射极间电阻小。,方法,:,用,100k,电阻作为基极偏流电阻来保证三极管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。,注意测量时不要让,c,与,b,碰在一起以免损坏晶体管。,判断：,测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的,(,？,),。,正确,错误,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,2.,发射极和集电极的判别,方法,:,用,100k,电阻作为基极偏流电阻来保证三极管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接假设发射极，分别测量电阻值。,方法,2,：,示意图,等效电路,判断三极管,C,、,E,的原理图,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,2.,发射极和集电极的判别,判断：,测得电阻小时所假设的集电极和发射极是正确的,(,？,),。,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,2.,三极管性能的简易检测,(1),电流放大倍数的估测,用“,R,1k”,挡。若为,NPN,管，,用黑笔接,c,，红笔接,e,，这时指针,应不动或摆动不大。如摆动较大，,表明该管穿透电流太大。然后用,左手食指搭接在,b,、,c,极端部,(,也可,用,30100k,电阻代替,),，这时应向低阻值方向摆动，摆动幅度越大,(,电阻越小,),，则电流放大倍数越大。若为,PNP,型，则红、黑表笔应对调，即红笔接,c,极，黑笔接,e,极。如各脚接触良好，估测电流放大倍数时指针不断右移或摆不定，则说明此管电流放大倍数值不稳定。,方法,:,在明确管型后用万用表的三极管电流放大系数插座直接读取,(,h,fe,),。,N,P,e,b,c,e,b,c,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,2.,三极管性能的简易检测,(1),电流放大倍数的估测,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,2.,三极管性能的简易检测,(2),估测穿透电流,I,CEO,用“,R,1k”,挡。,若为,NPN,管，黑笔应接,c,，红笔接,e,（,PNP,管相反）。对小功率锗管如测出阻值在几十千欧以上或小功率硅管测出阻值在几百千欧以上，则说明管子的,I,CEO,不太大。如测出阻值小，且表针还缓缓向低阻值方向移动，则表明管子,I,CEO,大且管子的稳定性差。如测阻值接近于零，表明管子已经击穿短路。如测阻值为无穷大，表明管子内部已经开路。,2.3.6,三极管的简易测试,2.3,半导体三极管,2.,三极管性能的简易检测,(2),估测穿透电流,I,CEO,有些小功率硅管，由于它们的,I,CEO,很小，测量时阻值很大，表针可能移动不明显。而对于大功率管，由于,I,CEO,比较大，测得的阻值大约只有几十欧。,值得注意的是：在测量正反向电阻时，指针式万用表和数字式万用表的两表笔与表内电池的极性连接相反；以上判别适用于应用广泛的低频小功率管，对大功率管进行判别时，指针式万用表可用“,R,1k,”,或“,R,10k,”,。,2.3.7,达林顿管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,达林顿管是达林顿三极管的简称。所谓达林顿管就是连接在一起的两只三极管，又称复合管。,达林顿管放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积。,VT1,作为前置放大管产生推动,VT2,的基极电流，,VT2,作为末级放大管其输出与控制电路是隔离的，将电流继续放大以驱动负载部件。,在分析电路时可将达林顿管看作是点划线内构成的一个大功率三极管。汽车电子点火系统的控制模块大多采用达林顿管作为控制输出端。,2.3.7,达林顿管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,具有增益高、开关速度快、能简化电路设计等优点，主要用于大功率开关电路、电机调速，也用于驱动继电器以及驱动,LED,智能显示屏等。,2.3,半导体三极管,前照灯延时控制电路,当发动机熄火后，机油压力开关,4,的触点闭合，驾驶员在离开驾驶室以前，按下仪表板上的前照灯延时按钮,1,，电源就对,C,充电。在,C,充电时，,T,基极电位逐渐升高，使,T,导通，延时控制继电,器线圈通电触点闭合，接通,了前照灯电路。松开前照灯,延时开关后，,C,通过,R,和,T,放,电，前照灯仍能保持通电照,明，一直到,C,电压下降到,T,无,法导通为止。,T,截止后，继,电器断电触点张开，前照灯,熄灭。延时时间取决于,C,和,R,的值。,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,在原理上类似于三极管，只是它的集电结为光敏二极管结构。,基极电流由光敏二极管提供，,所以一般没有基极引线。如在光,敏三极管,c,和,e,间加正向电压，则,没有光照,c,、,e,间几乎没有电流。,有光照射时基极产生光电流，同,时在,c,、,e,间形成集电极电流，大小在几至几百毫安之间。,光敏三极管的输出特性与三极管基本类似，只是用入射光照度代替基极电流。光敏三极管制成达林顿管形式时，可以获得较大的输出电流而能直接驱动某些继电器。光敏三极管的响应速度比光敏二极管慢，灵敏度比较高。在要求响应快，对温度敏感小的场合选用光敏二极管而不用光敏三极管。,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,产生的电流随,着光敏三极管上的,光照量而变化。,因此，照在光,敏三极管上的光照,量和普通三极管通,过基极电流有同样,的功能。,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,光敏三极管的基本应用电路。,A,点电位随着外界光线的照射而发生变化。,光敏三极管在汽车上主,要应用于传感器中。,把发光二极管和光敏三,极管组合在一起，可实现以,光信号为媒介的电信号的转,换，采用这种组合方式的器,件称为光电耦合器。当光电耦合器作为传感器来使用时，称为光传感器，它可以检测物体的有无和遮挡次数等信号。,光传感器：,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,在汽车上，光电式传感器被应用到许多场合，主要有：曲轴位置检测、车高位置检测、转向角度检测、车速传感器等。均是利用在光传感器的中间设置遮挡物，利用遮挡物是否挡住光线，来判断遮挡物的位置，传递位置信号或转过的遮挡物的个数信号。,(a),三极管型,(b),达林顿型,(c),槽型光电传感器,光传感器：,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,应用于转向传感器：,传感器为了检测轴的旋转角位移量和轴的旋转方向。在转向器主轴上设有一遮光盘，夹在遮光盘两侧的是两组发光二极管和光敏三极管。这两组光电耦合器件与可旋转的遮光盘组成了光脉冲发生器。遮光盘固定在转向轴上。当转向轴旋转时，遮光盘也随之转动，遮光盘整个圆周上均匀分布有一些槽。,遮光盘的旋转使发光二极管的光时,而通过遮光盘上的槽作用于光敏三,极管，从而使光敏三极管导通；时,而被遮光盘遮挡，从而使光敏三极,管截止。由,三极管导通截止速度即,可检测出转向器速度,。,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,应用于车身高度传感器：,传感器的光电器件由发光二极管和光敏三极管组成，且分布在带孔的遮光板的两侧。车身高度变化时，悬架的位移发生变化，与悬架连在一起的拉紧螺栓移动，从而带动连杆和传感器轴转动，传感器轴的转动带动遮光板的转动，使发光二极管和光敏三极管之间时而透光，时而被遮光板挡住，从而使光敏三极管导通与截止，进而使电路接通（,ON,）或断开（,OFF,）。传感器将这种电路的通断信号（即,ON,、,OFF,信号）输入给悬架,ECU,，,ECU,根据输入的信号检测出遮光板的转动角度，即可检测出车身高度的变化。,2.3.8,光敏三极管及其在汽车中的应用,2.3,半导体三极管,2.4,绝缘栅场效应管,学习目标：,了解场效应管的的结构、工作原理及其与三极管的差别。,2.4.1,基本结构,2.4,绝缘栅场效应管,场效应管,(,简称,FET),是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件。,特点：,具有输入电阻大,(,可高达,10,5,10,12,),，噪声低，热稳定性好和耗电少等优点。,按其结构不同,分类：,结型和绝缘栅型两大类。,绝缘栅型场效应管应用更为广泛。,按导电类型可分为,N,沟道,(,电子导电,),和,P,沟道,(,空穴导电,),两类。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4,绝缘栅场效应管,N+,N+,以,P,型硅为衬底,B,D,G,S,二氧化硅,(SiO2),绝缘保护层,两端扩散出两个高浓度的,N,区,N,区与,P,型衬底之间形成两个,PN,结,由衬底引出电极,B,由高浓度的,N,区引出的源极,S,由另一高浓度,N,区引出的漏极,D,由二氧化硅层表面直接引出栅极,G,杂质浓度较低，电阻率较高。,2.4.1,基本结构,2.4,绝缘栅场效应管,N+,N+,以,P,型硅为衬底,B,D,G,S,大多数管子的衬底在出厂前已和源极连在一起,铝电极、金属,（,M,etal,）,二氧化硅氧化物,（,O,xide,）,半导体,（,S,em,iconductor),故单极型三极管又称为,MOS,管。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.1,基本结构,N+,N+,P,型硅衬底,B,D,G,S,+,U,DS,+,U,GS,漏极与源极间,电源,U,DS,栅极与源极间,电源,U,GS,如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般,P,型硅,衬底应接,低,电位，,N,型硅,衬底应接,高,电位，由导电沟道的不同而异,。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.2 MOS,管电路的连接形式,D,S,G,B,衬底,N,沟道增强型图符号,D,S,G,B,衬底,P,沟道增强型图符号,D,S,G,B,衬底,N,沟道耗尽型图符号,D,S,G,B,衬底,P,沟道耗尽型图符号,由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是,N,沟道还是,P,沟道：,箭头向里,是,N,沟道，,箭头向外,是,P,沟道。,虚线表示,增强型,实线表示,耗尽型,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.3 MOS,管电路符号,以增强型,NMOS,管为例说明其工作原理。,N,沟道增强型,MOS,管不存在原始导电沟道。,当栅源极间电压,U,GS,=0,时，增强型,MOS,管的漏极和源极之间相当于存在两个背靠背的,PN,结。,N+,N+,P,型硅衬底,B,D,G,S,不存在,原始沟道,+,U,DS,U,GS,=0,此时无论,U,DS,是否为,0,，也无论其极性如何，总有一,PN,结处于反偏状态，因此,MOS,管不导通，,I,D,=0,。,MOS,管处于截止区。,P,PN,结,PN,结,I,D,=0,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.4 MOS,管工作原理,怎样才能产生导电沟道呢？,在栅极和衬底间加,U,GS,且与源极连在一起，由于二氧化硅绝缘层的存在，电流不能通过栅极。但金属栅极被充电，因此聚集大量正电荷。,+,+,N+,N+,P,型硅衬底,B,D,G,S,U,DS,=0,U,GS,电场力,排斥空穴,二氧化硅层在,U,GS,作用下被充,电而产生电场,形成耗尽层,出现反型层,形成,导电沟道,电场吸引电子,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.4 MOS,管工作原理,导电沟道形成时，对应的栅源间电压,U,GS,=,U,T,称为,开启电压,。,U,T,+,+,N+,N+,P,型硅衬底,B,D,G,S,当,U,GS,U,T,、,U,DS,0,且较小时,U,DS,U,GS,I,D,当,U,GS,继续增大，,U,DS,仍然很小且不变时，,I,D,随着,U,GS,的增大而增大。,此时增大,U,DS,，导电沟道出现梯度，,I,D,又将,随着,U,DS,的增大而增大。,直到,U,GD,=,U,GS,U,DS,=,U,T,时，相当于,U,DS,增加使漏极沟道缩减到导电沟道刚刚开启的情况，称为预夹断，,I,D,基本饱和。,导电沟道加厚,产生漏极电流,2.4,绝缘栅场效应管,I,D,+,+,N+,N+,P,型硅衬底,B,D,G,S,U,DS,U,GS,如果继续增大,U,DS,，使,U,GD,U,T,时，沟道夹断区延长，,I,D,达到最大且恒定，管子将从放大区跳出而进入饱和区。,U,GD,沟道出现预夹断时工作在放大状态，,放大区,I,D,几乎与,U,DS,的变化无关，只受,U,GS,的控制,。即,MOS,管是,利用栅源电压,U,GS,来控制漏极电流,I,D,大小,的一种,电压控制器件,。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.4 MOS,管工作原理,MOS,管的工作过程,2.4,绝缘栅场效应管,(1)MOS,管中,有的产品将衬底引出，形成四个管脚。使用者可视电路需要进行连接。,P,衬底接,低电位,，,N,衬底接,高电位,。但当源极电位很高或很低时,可将源极与衬底连在一起。,(2),场效应管的漏极与源极通常可以互换，且不会对伏安特性曲线产生明显影响。,注意,：有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起了，这时源极与漏极就不能进行对调。,(3)MOS,管不使用时,由于它的输入电阻非常高,须将各电极短路,以免受外电场作用时使管子损坏。即,MOS,管在不使用时应避免栅极悬空,，,务必将各电极短接,。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.5 MOS,管使用注意事项,(4),焊接,MOS,管时，电烙铁须有外接地线，用来屏蔽交流电场，以防止损坏管子。特别是焊接绝缘栅场效应管时，最好断电后再焊接。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.5 MOS,管使用注意事项,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.6,场效应管和普通三极管的比较,（单极型和双极型）,1.,场效应管的源极,S,、栅极,G,、漏极,D,分别对应于双极型晶体管的发射极,e,、基极,b,、集电极,c,，它们的作用相似。,2.,场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。,3.,场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。,4.,场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，放大倍数值将减小很多。,5.,与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声晶体管。但总的来说，当信噪比是主要矛盾时，还应选用场效应管。,6.,场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因此在电子设备中得到广泛的应用。,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.6,场效应管和普通三极管的比较,（单极型和双极型）,2.4,绝缘栅场效应管,1.,夹断电压,U,GS(off),和开启电压,U,GS(th),夹断电压,U,GS(off),是耗尽型,MOS,管的参数，开启电压,U,GS(th),是增强型,MOS,管的参数。,2,饱和漏极电流,I,DSS,饱和漏极电流,I,DSS,是耗尽型,MOS,管的参数。,2.,栅源直流输入电阻,R,GS,栅源直流输入电阻,R,GS,是在栅源极间的电压为定值时，栅,-,源极间的直流电阻值。一般场效应管的,R,GS,都很大，一般高达,10,8,以上。,4,最大漏源击穿电压,U,(BR)DS,U,(BR)DS,是漏,-,源极间允许加的最高电压值，即,I,D,开始急剧上升时的,U,DS,值。,2.4.7,场效应管主要参数,2.4,绝缘栅场效应管,2.4.7,场效应管主要参数,5,低频跨导,g,m,漏、源极间的电压为定值时，漏极电流的变化量和相应的栅,-,源输入电压的增量的比值。即,g,m,=,它是衡量放大能力的重要参数。跨导的一般表示式为它的大小是转移特性曲线在工作点的斜率。显然，跨导的大小与工作点位置有关，,g,m,的单位为西门子,(s),。,6.,最大漏极电流,I,DM,和最大耗散功率,P,DM,指场效应管正常工作时所允许的漏极电流的最大值。而最大耗散功率,P,DM,等于漏极电压的最大值和漏极电流的最大值之乘积。,