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    场效应管发热严重的原因
  • 场效应管发热严重的原因
  •   发布日期: 2018-12-19  浏览次数: 2,019

    场效应管作用的特点及工作原理

    场效应管是只要一种载流子参与导电,用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P沟道器件。有结型场效应三极管JFET和绝缘栅型场效应三极管IGFET之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET。

    MOS场效应管有加强型(EnhancementMOS或EMOS)和耗尽型(MOS或DMOS)两大类,每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极:D(Drain)称为漏极,相当双极型三极管的集电极;G(Gate)称为栅极,相当于双极型三极管的基极;S(Source)称为源极,相当于双极型三极管的发射极。

    场效应管发热严重的原因

    场效应管发热严重的原因

    加强型MOS(EMOS)场效应管道加强型MOSFET根本上是一种左右对称的拓扑构造,它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出电极,一个是漏极D,一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底(substrat),用符号B表示。

    工作原理

    1.沟道构成原理当Vgs=0V时,漏源之间相当两个背靠背的二极管,在D、S之间加上电压,不会在D、S间构成电流。

    当栅极加有电压时,若0<Vgs<Vgs(th)时(VGS(th)称为开启电压),经过栅极和衬底间的电容作用,将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排挤,呈现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动,但数量有限,缺乏以构成沟道,所以依然缺乏以构成漏极电流ID。

    进一步增加Vgs,当Vgs>Vgs(th)时,由于此时的栅极电压曾经比拟强,在靠近栅极下方的P型半导体表层中汇集较多的电子,能够构成沟道,将漏极和源极沟通。假如此时加有漏源电压,就能够构成漏极电流ID。在栅极下方构成的导电沟道中的电子,因与P型半导体的载流子空穴极性相反,故称为反型层(inversionlayer)。随着Vgs的继续增加,ID将不时增加。

    在Vgs=0V时ID=0,只要当Vgs>Vgs(th)后才会呈现漏极电流,这种MOS管称为加强型MOS管。

    VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描绘,称为转移特性曲线,见图。

    场效应管发热严重的原因

    转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制造用。gm的量纲为mA/V,所以gm也称为跨导。

    跨导的定义式如下:gm=△ID/△VGS|(单位mS)

    2.Vds对沟道导电才能的控制

    当Vgs>Vgs(th),且固定为某一值时,来剖析漏源电压Vds对漏极电流ID的影响。Vds的不同变化对沟道的影响如图所示。

    场效应管发热严重的原因

    依据此图能够有如下关系:

    VDS=VDG+VGS=—VGD+VGSVGD=VGS—VDS

    当VDS为0或较小时,相当VGD>VGS(th),沟道呈斜线散布。在紧靠漏极处,沟道到达开启的水平以上,漏源之间有电流经过。

    当VDS增加到使VGD=VGS(th)时,相当于VDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的状况,称为预夹断,此时的漏极电流ID根本饱和。

    当VDS增加到VGD

    当VGS>VGS(th),且固定为某一值时,VDS对ID的影响,即iD=f(vDS)|VGS=const这一关系曲线如图02.16所示。

    场效应管发热严重的原因

    场效应管发热严重的原因

    1、电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误;

    2、频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了;

    3、没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片;

    4、MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。


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