其結(jié)構(gòu)示意圖：

 

 

解釋1：溝道

 

上面圖中，下邊的p型中間一個(gè)窄長條就是溝道，使得左右兩塊P型極連在一起，因此mos管導(dǎo)通后是電阻特性，因此它的一個(gè)重要參數(shù)就是導(dǎo)通電阻，選用mos管必須清楚這個(gè)參數(shù)是否符合需求。

 

解釋2：n型

 

上圖表示的是p型mos管，讀者可以依據(jù)此圖理解n型的，都是反過來即可。因此，不難理解，n型的如圖在柵極加正壓會導(dǎo)致導(dǎo)通，而p型的相反。

 

解釋3：增強(qiáng)型

 

相對于耗盡型，增強(qiáng)型是通過“加厚”導(dǎo)電溝道的厚度來導(dǎo)通，如圖。柵極電壓越低，則p型源、漏極的正離子就越靠近中間，n襯底的負(fù)離子就越遠(yuǎn)離柵極，柵極電壓達(dá)到一個(gè)值，叫閥值或坎壓時(shí)，由p型游離出來的正離子連在一起，形成通道，就是圖示效果。因此，容易理解，柵極電壓必須低到一定程度才能導(dǎo)通，電壓越低，通道越厚，導(dǎo)通電阻越小。由于電場的強(qiáng)度與距離平方成正比，因此，電場強(qiáng)到一定程度之后，電壓下降引起的溝道加厚就不明顯了，也是因?yàn)閚型負(fù)離子的“退讓”是越來越難的。耗盡型的是事先做出一個(gè)導(dǎo)通層，用柵極來加厚或者減薄來控制源漏的導(dǎo)通。但這種管子一般不生產(chǎn)，在市面基本見不到。所以，大家平時(shí)說mos管，就默認(rèn)是增強(qiáng)型的。

 

解釋4：左右對稱

 

圖示左右是對稱的，難免會有人問怎么區(qū)分源極和漏極呢？其實(shí)原理上，源極和漏極確實(shí)是對稱的，是不區(qū)分的。但在實(shí)際應(yīng)用中，廠家一般在源極和漏極之間連接一個(gè)二極管，起保護(hù)作用，正是這個(gè)二極管決定了源極和漏極，這樣，封裝也就固定了，便于實(shí)用。我的老師年輕時(shí)用過不帶二極管的mos管。非常容易被靜電擊穿，平時(shí)要放在鐵質(zhì)罐子里，它的源極和漏極就是隨便接。

 

解釋5：金屬氧化物膜

 

圖中有指示，這個(gè)膜是絕緣的，用來電氣隔離，使得柵極只能形成電場，不能通過直流電，因此是用電壓控制的。在直流電氣上，柵極和源漏極是斷路。不難理解，這個(gè)膜越?。弘妶鲎饔迷胶谩⒖矇涸叫?、相同柵極電壓時(shí)導(dǎo)通能力越強(qiáng)。壞處是：越容易擊穿、工藝制作難度越大而價(jià)格越貴。例如導(dǎo)通電阻在歐姆級的，1角人民幣左右買一個(gè)，而2402等在十毫歐級的，要2元多（批量買。零售是4元左右）。

 

解釋6：與實(shí)物的區(qū)別

 

上圖僅僅是原理性的，實(shí)際的元件增加了源-漏之間跨接的保護(hù)二極管，從而區(qū)分了源極和漏極。實(shí)際的元件，p型的，襯底是接正電源的，使得柵極預(yù)先成為相對負(fù)電壓，因此p型的管子，柵極不用加負(fù)電壓了，接地就能保證導(dǎo)通。相當(dāng)于預(yù)先形成了不能導(dǎo)通的溝道，嚴(yán)格講應(yīng)該是耗盡型了。好處是明顯的，應(yīng)用時(shí)拋開了負(fù)電壓。

 

解釋7：寄生電容

 

上圖的柵極通過金屬氧化物與襯底形成一個(gè)電容，越是高品質(zhì)的mos，膜越薄，寄生電容越大，經(jīng)常mos管的寄生電容達(dá)到nF級。這個(gè)參數(shù)是mos管選擇時(shí)至關(guān)重要的參數(shù)之一，必須考慮清楚。Mos管用于控制大電流通斷，經(jīng)常被要求數(shù)十K乃至數(shù)M的開關(guān)頻率，在這種用途中，柵極信號具有交流特征，頻率越高，交流成分越大，寄生電容就能通過交流電流的形式通過電流，形成柵極電流。消耗的電能、產(chǎn)生的熱量不可忽視，甚至成為主要問題。為了追求高速，需要強(qiáng)大的柵極驅(qū)動，也是這個(gè)道理。試想，弱驅(qū)動信號瞬間變?yōu)楦唠娖剑菫榱?ldquo;灌滿”寄生電容需要時(shí)間，就會產(chǎn)生上升沿變緩，對開關(guān)頻率形成重大威脅直至不能工作。

 

解釋8：如何工作在放大區(qū)

 

Mos管也能工作在放大區(qū)，而且很常見。做鏡像電流源、運(yùn)放、反饋控制等，都是利用mos管工作在放大區(qū)，由于mos管的特性，當(dāng)溝道處于似通非通時(shí)，柵極電壓直接影響溝道的導(dǎo)電能力，呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系。由于柵極與源漏隔離，因此其輸入阻抗可視為無窮大，當(dāng)然，隨頻率增加阻抗就越來越小，一定頻率時(shí)，就變得不可忽視。這個(gè)高阻抗特點(diǎn)被廣泛用于運(yùn)放，運(yùn)放分析的虛連、虛斷兩個(gè)重要原則就是基于這個(gè)特點(diǎn)。這是三極管不可比擬的。

 

解釋9：發(fā)熱原因

 

Mos管發(fā)熱，主要原因之一是寄生電容在頻繁開啟關(guān)閉時(shí)，顯現(xiàn)交流特性而具有阻抗，形成電流。有電流就有發(fā)熱，并非電場型的就沒有電流。另一個(gè)原因是當(dāng)柵極電壓爬升緩慢時(shí)，導(dǎo)通狀態(tài)要“路過”一個(gè)由關(guān)閉到導(dǎo)通的臨界點(diǎn)，這時(shí)，導(dǎo)通電阻很大，發(fā)熱比較厲害。第三個(gè)原因是導(dǎo)通后，溝道有電阻，過主電流，形成發(fā)熱。主要考慮的發(fā)熱是第1和第3點(diǎn)。許多mos管具有結(jié)溫過高保護(hù)，所謂結(jié)溫就是金屬氧化膜下面的溝道區(qū)域溫度，一般是150攝氏度。超過此溫度，mos管不可能導(dǎo)通。溫度下降就恢復(fù)。要注意這種保護(hù)狀態(tài)的后果。

 

但愿上述描述能通俗的理解mos管，下面說說幾個(gè)約定俗成電路：

 

1：pmos應(yīng)用

 

一般用于管理電源的通斷，屬于無觸點(diǎn)開關(guān)，柵極低電平就完全導(dǎo)通，高電平就完全截止。而且，柵極可以加高過電源的電壓，意味著可以用5v信號管理3v電源的開關(guān)，這個(gè)原理也用于電平轉(zhuǎn)換。

 

2：nmos管應(yīng)用

 

一般用于管理某電路是否接地，屬于無觸點(diǎn)開關(guān)，柵極高電平就導(dǎo)通導(dǎo)致接地，低電平截止。當(dāng)然柵極也可以用負(fù)電壓截止，但這個(gè)好處沒什么意義。其高電平可以高過被控制部分的電源，因?yàn)闁艠O是隔離的。因此可以用5v信號控制3v系統(tǒng)的某處是否接地，這個(gè)原理也用于電平轉(zhuǎn)換。

 

3：放大區(qū)應(yīng)用

 

工作于放大區(qū)，一般用來設(shè)計(jì)反饋電路，需要的專業(yè)知識比較多，類似運(yùn)放，這里無法細(xì)說。常用做鏡像電流源、電流反饋、電壓反饋等。至于運(yùn)放的集成應(yīng)用，我們其實(shí)不用關(guān)注。人家都做好了，看好datasheet就可以了，不用按mos管方式去考慮導(dǎo)通電阻和寄生電容。

 

MOS管的基本知識

 

現(xiàn)在的高清、液晶、等離子電視機(jī)中開關(guān)電源部分除了采用了PFC技術(shù)外，在元器件上的開關(guān)管均采用性能優(yōu)異的MOS管取代過去的大功率晶體三極管，使整機(jī)的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。由于MOS管和大功率晶體三極管在結(jié)構(gòu)、特性有著本質(zhì)上的區(qū)別，在應(yīng)用上；驅(qū)動電路也比晶體三極管復(fù)雜，致使維修人員對電路、故障的分析倍感困難，此文即針對這一問題，把MOS管及其應(yīng)用電路作簡單介紹，以滿足維修人員需求。

 

一、什么是MOS管

 

MOS管的英文全稱叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金屬氧化物半導(dǎo)體型場效應(yīng)管，屬于場效應(yīng)管中的絕緣柵型。因此，MOS管有時(shí)被稱為絕緣柵場效應(yīng)管。在一般電子電路中，MOS管通常被用于放大電路或開關(guān)電路。

 

1、MOS管的構(gòu)造；

 

在一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別作為漏極D和源極S。然后在漏極和源極之間的P型半導(dǎo)體表面復(fù)蓋一層很薄的二氧化硅（Si02）絕緣層膜，在再這個(gè)絕緣層膜上裝上一個(gè)鋁電極，作為柵極G。這就構(gòu)成了一個(gè)N溝道（NPN型）增強(qiáng)型MOS管。顯然它的柵極和其它電極間是絕緣的。圖1-1所示 A 、B分別是它的結(jié)構(gòu)圖和代表符號。

 

同樣用上述相同的方法在一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體硅襯底上，用半導(dǎo)體光刻、擴(kuò)散工藝制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)，及上述相同的柵極制作過程，就制成為一個(gè)P溝道（PNP型）增強(qiáng)型MOS管。圖1-2所示A 、B分別是P溝道MOS管道結(jié)構(gòu)圖和代表符號。

 

圖1 -1-A 圖1 -1-B

 

圖1-2-A 圖1-2-B

 

2、MOS管的工作原理：圖1-3是N溝道MOS管工作原理圖；

 

圖1-3-A

 

圖1-3-B

 

從圖1-3-A可以看出，增強(qiáng)型MOS管的漏極D和源極S之間有兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。當(dāng)柵-源電壓VGS=0時(shí)，即使加上漏-源電壓VDS，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒有導(dǎo)電溝道（沒有電流流過），所以這時(shí)漏極電流ID=0。

 

此時(shí)若在柵-源極間加上正向電壓，圖1-3-B所示，即VGS＞0，則柵極和硅襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個(gè)柵極指向P型硅襯底的電場，由于氧化物層是絕緣的，柵極所加電壓VGS無法形成電流，氧化物層的兩邊就形成了一個(gè)電容，VGS等效是對這個(gè)電容充電，并形成一個(gè)電場，隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在這個(gè)電容的另一邊就聚集大量的電子并形成了一個(gè)從漏極到源極的N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VT（一般約為 2V）時(shí)，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID，我們把開始形成溝道時(shí)的柵-源極電壓稱為開啟電壓，一般用VT表示?？刂茤艠O電壓VGS的大小改變了電場的強(qiáng)弱，就可以達(dá)到控制漏極電流ID的大小的目的，這也是MOS管用電場來控制電流的一個(gè)重要特點(diǎn)，所以也稱之為場效應(yīng)管。

 

3、MOS管的特性；

 

上述MOS管的工作原理中可以看出，MOS管的柵極G和源極S之間是絕緣的，由于Sio2絕緣層的存在，在柵極G和源極S之間等效是一個(gè)電容存在，電壓VGS產(chǎn)生電場從而導(dǎo)致源極-漏極電流的產(chǎn)生。此時(shí)的柵極電壓VGS決定了漏極電流的大小，控制柵極電壓VGS的大小就可以控制漏極電流ID的大小。這就可以得出如下結(jié)論：

 

1） MOS管是一個(gè)由改變電壓來控制電流的器件，所以是電壓器件。

 

2） MOS管道輸入特性為容性特性，所以輸入阻抗極高。

 

4、MOS管的電壓極性和符號規(guī)則；

 

圖1-4-A 是N溝道MOS管的符號，圖中D是漏極，S是源極，G是柵極，中間的箭頭表示襯底，如果箭頭向里表示是N溝道的MOS管，箭頭向外表示是P溝道的MOS管。

 

在實(shí)際MOS管生產(chǎn)的過程中襯底在出廠前就和源極連接，所以在符號的規(guī)則中；表示襯底的箭頭也必須和源極相連接，以區(qū)別漏極和源極。圖1-5-A是P溝道MOS管的符號。

 

MOS管應(yīng)用電壓的極性和我們普通的晶體三極管相同，N溝道的類似NPN晶體三極管，漏極D接正極，源極S接負(fù)極，柵極G正電壓時(shí)導(dǎo)電溝道建立，N溝道MOS管開始工作,如圖1-4-B所示。同樣P道的類似PNP晶體三極管，漏極D接負(fù)極，源極S接正極，柵極G負(fù)電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道建立，P溝道MOS管開始工作,如圖1-5-B所示。

 

圖1-4-A N溝道MOS管符號

 

圖1-4-B N溝道MOS管電壓極性及襯底連接

 

圖1-5-A P溝道MOS管符號

 

圖1-5-B P溝道MOS管電壓極性及襯底連接

 

5、MOS管和晶體三極管相比的重要特性；

 

1）．場效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對應(yīng)于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似，圖1-6-A所示是N溝道MOS管和NPN型晶體三極管引腳，圖1-6-B所示是P溝道MOS管和PNP型晶體三極管引腳對應(yīng)圖。

 

圖1-6-A 圖1-6-B

 

2)．場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，由VGS控制ID，普通的晶體三極管是電流控制電流器件，由IB控制IC。MOS管道放大系數(shù)是（跨導(dǎo)gm）當(dāng)柵極電壓改變一伏時(shí)能引起漏極電流變化多少安培。晶體三極管是電流放大系數(shù)（貝塔β）當(dāng)基極電流改變一毫安時(shí)能引起集電極電流變化多少。

 

3)．場效應(yīng)管柵極和其它電極是絕緣的，不產(chǎn)生電流；而三極管工作時(shí)基極電流IB決定集電極電流IC。因此場效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高的多。

 

4)．場效應(yīng)管只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電；三極管有多數(shù)載流子和少數(shù)載流子兩種載流子參與導(dǎo)電，因少數(shù)載流子濃度受溫度、輻射等因素影響較大，所以場效應(yīng)管比三極管的溫度穩(wěn)定性好。

 

5)．場效應(yīng)管在源極未與襯底連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，且特性變化不大，而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí)，其特性差異很大，b 值將減小很多。

 

6)．場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小，在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應(yīng)管。

 

7)．場效應(yīng)管和普通晶體三極管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路，但是場效應(yīng)管制造工藝簡單，并且又具有普通晶體三極管不能比擬的優(yōu)秀特性，在各種電路及應(yīng)用中正逐步的取代普通晶體三極管，目前的大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中，已經(jīng)廣泛的采用場效應(yīng)管。

 

6、在開關(guān)電源電路中；大功率MOS管和大功率晶體三極管相比MOS管的優(yōu)點(diǎn)；

 

1)、輸入阻抗高，驅(qū)動功率?。河捎跂旁粗g是二氧化硅（SiO2）絕緣層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達(dá)100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。由于輸入阻抗高，對激勵(lì)信號不會產(chǎn)生壓降，有電壓就可以驅(qū)動，所以驅(qū)動功率極?。`敏度高）。一般的晶體三極管必需有基極電壓Vb，再產(chǎn)生基極電流Ib，才能驅(qū)動集電極電流的產(chǎn)生。晶體三極管的驅(qū)動是需要功率的（Vb×Ib）。

 

2）、開關(guān)速度快:MOSFET的開關(guān)速度和輸入的容性特性的有很大關(guān)系，由于輸入容性特性的存在，使開關(guān)的速度變慢，但是在作為開關(guān)運(yùn)用時(shí)，可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻，加快開關(guān)速度（輸入采用了后述的“灌流電路”驅(qū)動，加快了容性的充放電的時(shí)間）。MOSFET只靠多子導(dǎo)電，不存在少子儲存效應(yīng)，因而關(guān)斷過程非常迅速，開關(guān)時(shí)間在10—100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，普通的晶體三極管由于少數(shù)載流子的存儲效應(yīng)，使開關(guān)總有滯后現(xiàn)象，影響開關(guān)速度的提高（目前采用MOS管的開關(guān)電源其工作頻率可以輕易的做到100K/S～150K/S,這對于普通的大功率晶體三極管來說是難以想象的）。

 

3）、無二次擊穿；由于普通的功率晶體三極管具有當(dāng)溫度上升就會導(dǎo)致集電極電流上升（正的溫度～電流特性）的現(xiàn)象，而集電極電流的上升又會導(dǎo)致溫度進(jìn)一步的上升，溫度進(jìn)一步的上升，更進(jìn)一步的導(dǎo)致集電極電流的上升這一惡性循環(huán)。而晶體三極管的耐壓VCEO隨管溫度升高是逐步下降，這就形成了管溫繼續(xù)上升、耐壓繼續(xù)下降最終導(dǎo)致晶體三極管的擊穿，這是一種導(dǎo)致電視機(jī)開關(guān)電源管和行輸出管損壞率占95%的破環(huán)性的熱電擊穿現(xiàn)象，也稱為二次擊穿現(xiàn)象。MOS管具有和普通晶體三極管相反的溫度～電流特性，即當(dāng)管溫度（或環(huán)境溫度）上升時(shí)，溝道電流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET開關(guān)管，當(dāng)VGS控制電壓不變時(shí)，在250C溫度下IDS=3A，當(dāng)芯片溫度升高為1000C時(shí)，IDS降低到2A，這種因溫度上升而導(dǎo)致溝道電流IDS下降的負(fù)溫度電流特性，使之不會產(chǎn)生惡性循環(huán)而熱擊穿。也就是MOS管沒有二次擊穿現(xiàn)象，可見采用MOS管作為開關(guān)管，其開關(guān)管的損壞率大幅度的降低，近兩年電視機(jī)開關(guān)電源采用MOS管代替過去的普通晶體三極管后，開關(guān)管損壞率大大降低也是一個(gè)極好的證明。

 

4）、MOS管導(dǎo)通后其導(dǎo)通特性呈純阻性；

 

普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通是，幾乎是直通，有一個(gè)極低的壓降，稱為飽和壓降，既然有一個(gè)壓降，那么也就是；普通晶體三極管在飽和導(dǎo)通后等效是一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)等效的電阻是一個(gè)非線性的電阻（電阻上的電壓和流過的電流不能符合歐姆定律），而MOS管作為開關(guān)管應(yīng)用，在飽和導(dǎo)通后也存在一個(gè)阻值極小的電阻，但是這個(gè)電阻等效一個(gè)線性電阻，其電阻的阻值和兩端的電壓降和流過的電流符合歐姆定律的關(guān)系，電流大壓降就大，電流小壓降就小，導(dǎo)通后既然等效是一個(gè)線性元件，線性元件就可以并聯(lián)應(yīng)用，當(dāng)這樣兩個(gè)電阻并聯(lián)在一起，就有一個(gè)自動電流平衡的作用，所以MOS管在一個(gè)管子功率不夠的時(shí)候，可以多管并聯(lián)應(yīng)用，且不必另外增加平衡措施（非線性器件是不能直接并聯(lián)應(yīng)用的）。

 

MOS管和普通的晶體三極管相比，有以上四項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，就足以使MOS管在開關(guān)運(yùn)用狀態(tài)下完全取代普通的晶體三極管。目前的技術(shù)MOS管道VDS能做到1000V，只能作為開關(guān)電源的開關(guān)管應(yīng)用，隨著制造工藝的不斷進(jìn)步，VDS的不斷提高，取代顯像管電視機(jī)的行輸出管也是近期能實(shí)現(xiàn)的。

 

二、灌流電路

 

1、MOS管作為開關(guān)管應(yīng)用的特殊驅(qū)動電路；灌流電路

 

MOS管和普通晶體三極管相比，有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但是在作為大功率開關(guān)管應(yīng)用時(shí)，由于MOS管具有的容性輸入特性，MOS管的輸入端，等于是一個(gè)小電容器，輸入的開關(guān)激勵(lì)信號，實(shí)際上是在對這個(gè)電容進(jìn)行反復(fù)的充電、放電的過程，在充放電的過程中，使MOS管道導(dǎo)通和關(guān)閉產(chǎn)生了滯后，使“開”與“關(guān)”的過程變慢，這是開關(guān)元件不能允許的（功耗增加，燒壞開關(guān)管），如圖所示，在圖2-1中 A方波為輸入端的激勵(lì)波形，電阻R為激勵(lì)信號內(nèi)阻，電容C為MOS管輸入端等效電容，激勵(lì)波形A加到輸入端是對等效電容C的充放電作用，使輸入端實(shí)際的電

 

圖2-1

 

壓波形變成B的畸變波形，導(dǎo)致開關(guān)管不能正常開關(guān)工作而損壞，解決的方法就是，只要R足夠的小，甚至沒有阻值，激勵(lì)信號能提供足夠的電流，就能使等效電容迅速的充電、放電，這樣MOS開關(guān)管就能迅速的“開”、“關(guān)”，保證了正常工作。由于激勵(lì)信號是有內(nèi)阻的，信號的激勵(lì)電流也是有限度，我們在作為開關(guān)管的MOS管的輸入部分，增加一個(gè)減少內(nèi)阻、增加激勵(lì)電流的“灌流電路”來解決此問題，如圖2-2所示。

 

圖2-2

 

在圖2-2中；在作為開關(guān)應(yīng)用的MOS管Q3的柵極S和激勵(lì)信號之間增加Q1、Q2兩只開關(guān)管，此兩只管均為普通的晶體三極管，兩只管接成串聯(lián)連接，Q1為NPN型Q2為PNP型，基極連接在一起（實(shí)際上是一個(gè)PNP、NPN互補(bǔ)的射極跟隨器），兩只管等效是兩只在方波激勵(lì)信號控制下輪流導(dǎo)通的開關(guān)，如圖2-2-A、圖2-2-B

 

當(dāng)激勵(lì)方波信號的正半周來到時(shí)；晶體三極管Q1（NPN）導(dǎo)通、Q2（PNP）截止，VCC經(jīng)過Q1導(dǎo)通對MOS開關(guān)管Q3的柵極充電，由于Q1是飽和導(dǎo)通，VCC等效是直接加到MOS管Q3的柵極，瞬間充電電流極大，充電時(shí)間極短，保證了MOS開關(guān)管Q3的迅速的“開”，如圖2-2-A所示（圖2-2-A和圖2-2-B中的電容C為MOS管柵極S的等效電容）。

 

當(dāng)激勵(lì)方波信號的負(fù)半周來到時(shí)；晶體三極管Q1（NPN）截止、Q2（PNP）導(dǎo)通，MOS開關(guān)管Q3的柵極所充的電荷，經(jīng)過Q2迅速放電，由于Q2是飽和導(dǎo)通，放電時(shí)間極短，保證了MOS開關(guān)管Q3的迅速的“關(guān)”，如圖2-2-B所示。

 

圖2-2-A 圖2-2-B

 

由于MOS管在制造工藝上柵極S的引線的電流容量有一定的限度，所以在Q1在飽和導(dǎo)通時(shí)VCC對MOS管柵極S的瞬時(shí)充電電流巨大，極易損壞MOS管的輸入端，為了保護(hù)MOS管的安全，在具體的電路中必須采取措施限制瞬時(shí)充電的電流值，在柵極充電的電路中串接一個(gè)適當(dāng)?shù)某潆娤蘖麟娮鑂，如圖2-3-A所示。充電限流電阻R的阻值的選?。灰鶕?jù)MOS管的輸入電容的大小，激勵(lì)脈沖的頻率及灌流電路的VCC（VCC一般為12V）的大小決定一般在數(shù)十姆歐到一百歐姆之間。

 

圖2-3-A

 

圖2-3-B

 

由于充電限流電阻的增加，使在激勵(lì)方波負(fù)半周時(shí)Q2導(dǎo)通時(shí)放電的速度受到限制（充電時(shí)是VCC產(chǎn)生電流，放電時(shí)是柵極所充的電壓VGS產(chǎn)生電流，VGS遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于VCC,R的存在大大的降低了放電的速率）使MOS管的開關(guān)特性變壞，為了使R阻值在放電時(shí)不影響迅速放電的速率，在充電限流電阻R上并聯(lián)一個(gè)形成放電通路的二極管D，圖2-3-B所示。此二極管在放電時(shí)導(dǎo)通，在充電時(shí)反偏截止。這樣增加了充電限流電阻和放電二極管后，既保證了MOS管的安全，又保證了MOS管，“開”與“關(guān)”的迅速動作。

 

2、另一種灌流電路

 

灌流電路的另外一種形式，對于某些功率較小的開關(guān)電源上采用的MOS管往往采用了圖2-4-A的電路方式。

 

圖2-4-A

 

圖2-4-B

 

圖中 D為充電二極管，Q為放電三極管（PNP）。工作過程是這樣，當(dāng)激勵(lì)方波正半周時(shí)，D導(dǎo)通，對MOS管輸入端等效電容充電(此時(shí)Q截止)，在當(dāng)激勵(lì)方波負(fù)半周時(shí)，D截止，Q導(dǎo)通，MOS管柵極S所充電荷，通過Q放電，MOS管完成“開”與“關(guān)”的動作，如圖2-4-B所示。此電路由激勵(lì)信號直接“灌流”，激勵(lì)信號源要求內(nèi)阻較低。該電路一般應(yīng)用在功率較小的開關(guān)電源上。

 

3、MOS管開關(guān)應(yīng)用必須設(shè)置泄放電阻；

 

MOS管在開關(guān)狀態(tài)工作時(shí)；Q1、Q2是輪流導(dǎo)通，MOS管柵極是在反復(fù)充電、放電的狀態(tài)，如果在此時(shí)關(guān)閉電源，MOS管的柵極就有兩種狀態(tài)；一個(gè)狀態(tài)是；放電狀態(tài)，柵極等效電容沒有電荷存儲，一個(gè)狀態(tài)是；充電狀態(tài)，柵極等效電容正好處于電荷充滿狀態(tài)，圖2-5-A所示。雖然電源切斷，此時(shí)Q1、Q2也都處于斷開狀態(tài)，電荷沒有釋放的回路，MOS管柵極的電場仍然存在（能保持很長時(shí)間），建立導(dǎo)電溝道的條件并沒有消失。這樣在再次開機(jī)瞬間，由于激勵(lì)信號還沒有建立，而開機(jī)瞬間MOS管的漏極電源(VDS)隨機(jī)提供,在導(dǎo)電溝道的作用下，MOS管即刻產(chǎn)生不受控的巨大漏極電流ID，引起MOS管燒壞。為了避免此現(xiàn)象產(chǎn)生，在MOS管的柵極對源極并接一只泄放電阻R1，如圖2-5-B所示，關(guān)機(jī)后柵極存儲的電荷通過R1迅速釋放，此電阻的阻值不可太大，以保證電荷的迅速釋放，一般在5K～數(shù)10K左右。

 

圖2-5-A

 

圖2-5-B

 

灌流電路主要是針對MOS管在作為開關(guān)管運(yùn)用時(shí)其容性的輸入特性，引起“開”、“關(guān)”動作滯后而設(shè)置的電路，當(dāng)MOS管作為其他用途；例如線性放大等應(yīng)用，就沒有必要設(shè)置灌流電路。

 

三、大功率MOS管開關(guān)電路。實(shí)例應(yīng)用電路分析

 

初步的了解了以上的關(guān)于MOS管的一些知識后，一般的就可以簡單的分析，采用MOS管開關(guān)電源的電路了。

 

1、 三星等離子V2屏開關(guān)電源PFC部分激勵(lì)電路分析；

 

圖3-1所示是三星V2屏開關(guān)電源，PFC電源部分電原理圖，圖3-2所示是其等效電路框圖。

 

圖3-1

 

圖3-2

 

圖3-1所示；是三星V2屏等離子開關(guān)電源的PFC激勵(lì)部分。從圖中可以看出；這是一個(gè)并聯(lián)開關(guān)電源L1是儲能電感，D10是這個(gè)開關(guān)電源的整流二極管，Q1、Q2是開關(guān)管，為了保證PFC開關(guān)電源有足夠的功率輸出，采用了兩只MOS管Q1、Q2并聯(lián)應(yīng)用（圖3-2所示；是該并聯(lián)開關(guān)電源等效電路圖，圖中可以看出該并聯(lián)開關(guān)電源是加在整流橋堆和濾波電容C5之間的），圖中Q3、Q4是灌流激勵(lì)管，Q3、Q4的基極輸入開關(guān)激勵(lì)信號， VCC-S-R是Q3、Q4的VCC供電(22.5V)。兩只開關(guān)管Q1、Q2的柵極分別有各自的充電限流電阻和放電二極管，R16是Q2的在激烈信號為正半周時(shí)的對Q2柵極等效電容充電的限流電阻，D7是Q2在激烈信號為負(fù)半周時(shí)的Q2柵極等效電容放電的放電二極管，同樣R14、D6則是Q1的充電限流電阻和放電的放電二極管。R17和R18是Q1和Q2的關(guān)機(jī)柵極電荷泄放電阻。D9是開機(jī)瞬間浪涌電流分流二極管。

 

2、 三星等離子V4屏開關(guān)電源PFC部分激勵(lì)電路分析；

 

圖3-3所示；是三星V4屏開關(guān)電源PFC激勵(lì)部分電原理圖，可以看出該V4屏電路激勵(lì)部分原理相同于V2屏。只是在每一只大功率MOS開關(guān)管的柵極泄放電阻（R209、R206）上又并聯(lián)了過壓保護(hù)二極管；ZD202、ZD201及ZD204、ZD203

 

圖3-3

 

3、 海信液晶開關(guān)電源PFC部分激勵(lì)電路分析，圖3-4所示；

 

海信液晶電視32寸～46寸均采用該開關(guān)電源，電源采用了復(fù)合集成電路SMA—E1017（PFC和PWM共用一塊復(fù)合激勵(lì)集成電路），同樣該P(yáng)FC開關(guān)電源部分也是一個(gè)并聯(lián)的開關(guān)電源，圖3-4所示。TE001是儲能電感、DE004是開關(guān)電源的整流管、QE001、QE002是兩只并聯(lián)的大功率MOS開關(guān)管。該集成電路的PFCOUTPUT端子是激勵(lì)輸出，，RE008、RE009、RE010、VE001、DE002、RE011、DE003組成QE001和QE002的灌流電路。

 

圖3-4

 

灌流電路的等效電路如圖3-5所示，從圖中，可以清晰的看出該灌流電路的原理及各個(gè)元件的作用。

 

從等效電路圖來分析，集成電路的激勵(lì)輸出端（PFCOUTPUT端子），輸出方波的正半周時(shí)DE002導(dǎo)通，經(jīng)過RE008、RE010對MOS開關(guān)管QE001和QE002的柵極充電，當(dāng)激勵(lì)端為負(fù)半周時(shí)，DE002截止，由于晶體三極管VE001是PNP型，負(fù)半周信號致使VE001導(dǎo)通，此時(shí)；QE001和QE002的柵極所充電荷經(jīng)過VE001放電，MOS管完成“開”、“關(guān)”周期的工作。從圖3-5的分析中，RE011作用是充電的限流電阻，而在放電時(shí)由于VE001的存在和導(dǎo)通，已經(jīng)建立了放電的回路，DE003的作用是加速VE001的導(dǎo)通，開關(guān)管關(guān)閉更加迅速。

 

圖3-4所示原理圖是PFC開關(guān)電源及PWM開關(guān)電源的電原理圖，該電路中的集成電路MSA-E1017是把PFC部分的激勵(lì)控制和PWM部分激勵(lì)控制復(fù)合在一塊集成電路中，圖3-6是原理框圖，圖中的QE003及TE002是PWM開關(guān)電源的開關(guān)管及開關(guān)變壓器，RE050是QE003的充電限流電阻、DE020是其放電二極管。

 

圖3-5

 

圖3-6

 

四、MOS管的防靜電保護(hù)

 

MOS管是屬于絕緣柵場效應(yīng)管，柵極是無直流通路，輸入阻抗極高，極易引起靜電荷聚集，產(chǎn)生較高的電壓將柵極和源極之間的絕緣層擊穿。早期生產(chǎn)的MOS管大都沒有防靜電的措施，所以在保管及應(yīng)用上要非常小心，特別是功率較小的MOS管，由于功率較小的MOS管輸入電容比較小，接觸到靜電時(shí)產(chǎn)生的電壓較高，容易引起靜電擊穿。而近期的增強(qiáng)型大功率MOS管則有比較大的區(qū)別，首先由于功能較大輸入電容也比較大，這樣接觸到靜電就有一個(gè)充電的過程，產(chǎn)生的電壓較小，引起擊穿的可能較小，再者現(xiàn)在的大功率MOS管在內(nèi)部的柵極和源極有一個(gè)保護(hù)的穩(wěn)壓管DZ（圖4-1所示）,把靜電嵌位于保護(hù)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值以下，有效的保護(hù)了柵極和源極的絕緣層，不同功率、不同型號的MOS管其保護(hù)穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值是不同的。雖然MOS管內(nèi)部有了保護(hù)措施，我們操作時(shí)也應(yīng)按照防靜電的操作規(guī)程進(jìn)行，這是一個(gè)合格的維修員應(yīng)該具備的。

 

圖4-1

 

五、MOS管的檢測與代換：

 

在修理電視機(jī)及電器設(shè)備時(shí)，會遇到各種元器件的損壞，MOS管也在其中，這就是我們的維修人員如何利用常用的萬用表來判斷MOS管的好壞、優(yōu)劣。在更換MOS管是如果沒有相同廠家及相同型號時(shí)，如何代換的問題。

 

1、MOS管的測試：

 

作為一般的電器電視機(jī)維修人員在測量晶體三極管或二極管時(shí)，一般是采用普通的萬用表來判斷三極管或者二極管的好壞，雖然對所判斷的三極管或二極管的電氣參數(shù)沒法確認(rèn)，但是只要方法正確對于確認(rèn)晶體三極管的“好”與“壞”還是沒有問題的。同樣MOS管也可以應(yīng)用萬用表來判斷其“好”與“壞”,從一般的維修來說，也可以滿足需求了。

 

檢測必須采用指針式萬用表（數(shù)字表是不適宜測量半導(dǎo)體器件的）。對于功率型MOSFET開關(guān)管都屬N溝道增強(qiáng)型，各生產(chǎn)廠的產(chǎn)品也幾乎都采用相同的TO-220F封裝形式（指用于開關(guān)電源中功率為50—200W的場效應(yīng)開關(guān)管），其三個(gè)電極排列也一致，即將三只引腳向下，打印型號面向自巳，左側(cè)引腳為柵極，右測引腳為源極，中間引腳為漏極如圖5-1所示。

 

圖5-1

 

1）萬用表及相關(guān)的準(zhǔn)備：

 

首先在測量前應(yīng)該會使用萬用表，特別是歐姆檔的應(yīng)用，要了解歐姆擋才會正確應(yīng)用歐姆擋來測量晶體三極管及MOS管（現(xiàn)在很多的從事修理人員，不會使用萬用表，特別是萬用表的歐姆擋，這絕不是危言聳聽，問問他？他知道歐姆擋的R×1 R×10 R×100 R×1K R×10K，在表筆短路時(shí)，流過表筆的電流分別有多大嗎？這個(gè)電流就是流過被測元件的電流。他知道歐姆擋在表筆開路時(shí)表筆兩端的電壓有多大嗎？這就是在測量時(shí)被測元件在測量時(shí)所承受的電壓）關(guān)于正確使用萬用表歐姆擋的問題，可以參閱可以參閱“您會用萬用表的歐姆擋測量二極管、三極管嗎？”“可以參閱本博客“您會用萬用表的歐姆擋測量二極管、三極管嗎？”一文，因篇幅問題這里不再贅述。

 

用萬用表的歐姆擋的歐姆中心刻度不能太大，最好小于12Ω（500型表為12Ω），這樣在R×1擋可以有較大的電流，對于PN結(jié)的正向特性判斷比較準(zhǔn)確。萬用表R×10K擋內(nèi)部的電池最好大于9V，這樣在測量PN結(jié)反相漏電流時(shí)比較準(zhǔn)確，否則漏電也測不出來。

 

圖5-2

 

現(xiàn)在由于生產(chǎn)工藝的進(jìn)步，出廠的篩選、檢測都很嚴(yán)格，我們一般判斷只要判斷MOS管不漏電、不擊穿短路、內(nèi)部不斷路、能放大就可以了，方法極為簡單：

 

采用萬用表的R×10K擋；R×10K擋內(nèi)部的電池一般是9V加1.5V達(dá)到10.5V這個(gè)電壓一般判斷PN結(jié)點(diǎn)反相漏電是夠了，萬用表的紅表筆是負(fù)電位（接內(nèi)部電池的負(fù)極），萬用表的黑表筆是正電位（接內(nèi)部電池的正極），圖5-2所示。

 

2）測試步驟

 

把紅表筆接到MOS管的源極S；把黑表筆接到MOS管的漏極D，此時(shí)表針指示應(yīng)該為無窮大，如圖5-3所示。如果有歐姆指數(shù)，說明被測管有漏電現(xiàn)象，此管不能用。

 

圖5-3

 

保持上述狀態(tài)；此時(shí)用一只100K～200K電阻連接于柵極和漏極，如圖5-4所示；這時(shí)表針指示歐姆數(shù)應(yīng)該越小越好，一般能指示到0歐姆，這時(shí)是正電荷通過100K電阻對MOS管的柵極充電，產(chǎn)生柵極電場，由于電場產(chǎn)生導(dǎo)致導(dǎo)電溝道致使漏極和源極導(dǎo)通，所以萬用表指針偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)的角度大（歐姆指數(shù)?。┳C明放電性能好。

 

圖5-4

 

此時(shí)在圖5-4的狀態(tài)；再把連接的電阻移開，這時(shí)萬用表的指針仍然應(yīng)該是MOS管導(dǎo)通的指數(shù)不變，如圖5-5所示。雖然電阻拿開，但是因?yàn)殡娮鑼艠O所充的電荷并沒有消失，柵極電場繼續(xù)維持，內(nèi)部導(dǎo)電溝道仍然保持，這就是絕緣柵型MOS管的特點(diǎn)。如果電阻拿開表針會慢慢的逐步的退回到高阻甚至退回到無窮大，要考慮該被測管柵極漏電。

 

圖5-5

 

這時(shí)用一根導(dǎo)線，連接被測管的柵極和源極，萬用表的指針立即返回到無窮大，如圖5-6所示。導(dǎo)線的連接使被測MOS管，柵極電荷釋放，內(nèi)部電場消失；導(dǎo)電溝道也消失，所以漏極和源極之間電阻又變成無窮大。

 

圖5-6

 

2、MOS管的更換

 

在修理電視機(jī)及各種電器設(shè)備時(shí)，遇到元器件損壞應(yīng)該采用相同型號的元件進(jìn)行更換。但是，有時(shí)相同的元件手邊沒有，就要采用其他型號的進(jìn)行代換，這樣就要考慮到各方面的性能、參數(shù)、外形尺寸等，例如電視的里面的行輸出管，只要考慮耐壓、電流、功率一般是可以進(jìn)行代換的（行輸出管外觀尺寸幾乎相同），而且功率往往大一些更好。對于MOS管代換雖然也是這一原則，最好是原型號的最好，特別是不要追求功率要大一些，因?yàn)楣β蚀?；輸入電容就大，換了后和激勵(lì)電路就不匹配了，激勵(lì)灌流電路的充電限流電阻的阻值的大小和MOS管的輸入電容是有關(guān)系的，選用功率大的盡管容量大了，但輸入電容也就大了，激勵(lì)電路的配合就不好了，這反而會使MOS管的開、關(guān)性能變壞。所示代換不同型號的MOS管，要考慮到其輸入電容這一參數(shù)。例如有一款42寸液晶電視的背光高壓板損壞，經(jīng)過檢查是內(nèi)部的大功率MOS管損壞，因?yàn)闊o原型號的代換，就選用了一個(gè)，電壓、電流、功率均不小于原來的MOS管替換，結(jié)果是背光管出現(xiàn)連續(xù)的閃爍（啟動困難），最后還是換上原來一樣型號的才解決問題。

 

檢測到MOS管損壞后，更換時(shí)其周邊的灌流電路的元件也必須全部更換，因?yàn)樵揗OS管的損壞也可能是灌流電路元件的欠佳引起MOS管損壞。即便是MOS管本身原因損壞，在MOS管擊穿的瞬間，灌流電路元件也受到傷害，也應(yīng)該更換。就像我們有很多高明的維修師傅在修理A3開關(guān)電源時(shí)；只要發(fā)現(xiàn)開關(guān)管擊穿，就也把前面的2SC3807激勵(lì)管一起更換一樣道理（盡管2SC3807管，用萬用表測量是好的）。

 

另外 “工欲善其事必先利其器”準(zhǔn)備一本MOS管手冊、一塊好的萬用表（歐姆擋中心刻度12歐或更?。?、一套好的工具是必須的。

 

 

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