场效应管有什么作用 场效应管是做什么用的

网友提问:

场效应管有什么用处?

优质回答:

以MOS场效应管为例,可以分为NMOS和PMOS,是一个电压控制的电子开关,用处非常多,简单举例分析一下。

1.在BLDC电机驱动、逆变器行业的使用

BLDC和逆变器都需要逆变,在逆变时需要用到MOS管,BLDC一般采用六个NMOS构成桥式电路,分别接电机的U,V,W三相,依次来驱动电机的运转。

如上图所示,就是常用的驱动电路,上下桥臂的两个NMOS不同时导通,总共有六种导通方式。在选用NMOS时要考虑两个主要参数:NMOS两端的电压和通过电流。除此之外,也可以选择集成了六个NMOS的IPM模块来实现,可以减小PCB板的尺寸。

2.在固态继电器行业的使用

机械式的触点在分断时,会产生电弧,电流越大产生的电弧越大。所以在电弧比较敏感的的场合,固态继电器SSR用的比较多。直流系统中,固态继电器SSR的电子式触点是用MOS管来实现,为了增大过电流能力,会将MOS管的裸片焊接在散热基板上,再配合外接散热片起到散热作用。

3.电源防反接作用

为了避免因操作失误将电源反接烧坏电路板,会考虑防电源接反电路。可以通过二极管来实现防反接,但是缺点是:

二极管压降较大,对于低电压系统不太实用;

二极管过电流能力小,对于大电流而言不合适;

MOS管可以实现防反接,以PMOS为例,将PMOS接在电源正端实现防反接,如下图所示:

上图工作原理如下:上电时MOS管的寄生二极管导通,电源、负载形成回路,PMOS的源极S电位被钳制在电源电压减0.6V,而门极G接在电源负端,PMOS管导通,电流从D流向S。把二极管短路。如果接反的话,G极是高电平,PMOS管不导通。依次实现电路防反接。

NMOS防反接时用在低端。

4.用在其他场合

需要用到电子开关、过电流比较大、耐压比较大的场合,都可以用到MOS场效应管。

以上就是这个问题的回答,感谢留言、评论、转发。

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其他网友回答

场效应管主要有结型场效应管(JFET)、MOS两大类,当然个人认为IGBT也可归为场效应管。

其中JFET比较冷门,但并不是说它就一无是处。JFET因其低噪声的优势,常常作为运放的输入级。比如我们常用的运放TL084就是JFET作为输入差分对的运放。当然,现在TL084的参数指标在同类运放中已经平淡无奇。

图1 TL084的原理图简图

IGBT结合了MOS和BJT的优点,但主要用于高压大电流下功率开关。比如高铁上的变流器就有IGBT整流模块。从图2和图3可以看出IGBT与功率MOS在结构上是很相似的,最大的区别在于IGBT在N型漂移区下有一层重掺杂的P型衬底作为IGBT的集电极(这是对N沟道器件而言,对P沟道器件则要反一下)。

图2 N沟道功率IGBT结构示意图

图3 N沟道功率MOS管结构示意图

接下来就重点讲MOS管了。在当前电子科技中,MOS管可谓无处不在,可以说MOSFET技术是当前半导体工业的基石,尤其是CMOS。在集成电路中,尤其是数字集成电路,如CPU、FPGA、DRAM等等,绝大多数,注意是绝大多数集成电路使用的是CMOS工艺。所谓的CMOSFET,即互补金属氧化物半导体场效应管(Complementary Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor),即芯片上既有NMOS又有PMOS晶体管的半导体工艺。我们可以看一个最简单的数字电路里的CMOS反相器

图4 CMOS反相器原理图

图5 CMOS反相器结构示意图

从图5中可以看到,PMOS是做在一个N阱中。CMOS工艺是一种平面工艺,与图2所示的功率MOS的垂直工艺是不同的。早期还有NMOS工艺,即芯片上只有NMOS,而图4中PMOS的位置只是一个电阻,这样工艺更简单。但由于电阻的存在,导致NMOS工艺功耗大,开关频率低。

当今半导体业界,如台积电、三星、intel和中芯国际等的12英寸线大部分都是CMOS工艺。MOS工艺占如此高的比例,自然有它的优势,只不过优势不在单管性能上。

1. MOS工艺简单,需要的掩膜(Mask)层数少,这样就使得成大为降低;

2. 几乎无栅极电流,功耗更小;

3. 相比Bipolar晶体管基极输入到发射极有一个的二极管,CMOS工艺栅极输入无二极管反向恢复时间的问题,开关频率可以更高;

4. 更容易驱动,显然图4中的NMOS和PMOS是不能简单地用BJT NPN和PNP三极管代替的。

在集成电路领域,遵循摩尔定律演进的半导体工艺就是CMOS工艺。那么除了上述优点,MOS管是否还有其他优点?在开关电源领域,现在除了高压高电流下的IGBT,几乎全部是用MOS管来做开关。任意选一个开关电源方案,凌特的LT8610,这是一个集成了内部开关的控制器,见图6

图6 LT8610开关电源转换器

可以看到,作为一个Bulk式开关电源,在图6中并没有看到肖特基二极管,这是因为LT8610是一个同步整流控制器,用一个MOSFET取代了肖特基二极管,以提高电源效率。

再来看它的内部框图

图7 LT8610内部框图

可以看到LT8610内部集成了两个MOS管,其中M1是Bulk开关管,而M2是同步整流管。用MOS做同步整流管是因为MOS管是单载流子器件,即在MOS管开通后,NMOS管沟道中只有电子参与导电,而PMOS沟道中只有空穴参与导电,因此对于NMOS电流既可以从漏极流到源极,也可以从源极流到漏极。其次,由于是单载流子导电器件,MOS管导通后,源漏之间没有饱和压降,只有一个几mΩ到几十mΩ的电阻,也没有二极管反向恢复时间的问题。能够取得比用肖特基二极管更低的功率消耗。

最后再补充一点:LT8610中,两个MOS都是N型的,为了使上管M1能充分驱动,需要用到自举电容(图6中SW和BST之间的100nF的电容)

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场效应管是电压控制与驱动的晶体管,与电流控制的曾通晶体管比起来有效率高损耗小失真度小接近线性特性。

场效应管分为结式场效应管与绝缘栅场效应管两种,绝缘栅场式又分为NMSO式与CMSO式两种。

在安装焊接场效应管时一定要采取防静电措施,否则人体所带静电会击穿损坏场效应管。

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简单点说,在电路中,场效应管类似于一个水流阀门。场效应管上有三个极:栅极,源极,漏极。对应到水阀上就是 控制阀(栅极),进水口(源极),出水口(漏极)。

对于数字电路而言,场效应管的通断就类似水流的通断。是否有水流就对应着逻辑0和逻辑1。

对于模拟电路而言,场效应管可以提供放大器的作用。就类似于用很小的力通过水流控制阀可以控制很大的水流。控制的力度大了,水阀就开启的大,出来的水流就大。控制的力度小了,水阀开启程度会变小,出来的水流就小了。这样就起到了放大作用。

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场效应管输入阻抗极高,输出功率大,与普通的TCL电路相比,可以带更多的负载。

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