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高频场效应管-大功率场效应管在领域中选用要注意几个事项-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-03-01 

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场效应管的应用越来越广泛,它相比于传统的晶体管有许多独特的优点使其在高频电路中的应用尤其之多,本文介绍了场效应管和它的工作原理,就其在高频电路的应用中的突出性能进行了阐述并且以音响领域为例讲解了场效应管在高频电路中的具体应用。


一、场效应管在高频电路中应用

1、低噪

高频电路中噪音会被放大,而场效应管以其低噪性能颇受关注。关于场效应管的噪音机制的研究由来已久,主要有以下几个方面的来源: 沟道电阻产生的热噪声,沟道热噪声通过沟道和栅极电容的耦合作用在栅极上的感应噪声,闪烁噪声。不同的场效应管其噪音性质也有所不同,综合起来主要表现为共栅最好,共源次之,共漏最差,所以场效应管在高频电路中应用优先使用共栅作为低噪输入级效果更好。


2、自动增益控制特性

自动增益控制(ACG)经常应用于高频电路,场效应管在自动增益控制电路中的应用也很重要,AGC有两种控制方式:一种是利用增加AGC电压的方式来减小增益的方式叫正向AGC,反之叫反向AGC正向AGC控制能力强,所需控制功率大,被控放大级工作点变动范围大,放大器两端阻抗变化也大;反向AGC所需控制功率小,控制范围也小。利用场效应管的特性,改变其栅极的电压,从而改变其漏极和源极之间的电阻,可以改变放大器的增益,达到自动增益控制的目的。由于原理简单且性能优良,自动增益控制效果也比较稳定。


3、功率增益

场效应管是一种电压控制器件,其特性更象电子管,它具有很高的输入阻抗,较大的功率增益。在高频电路高频晶体管有两大类型:一类是作小信号放大的高频小功率管,对它们的主要要求是高增益和低噪声;另一类为高频功率管,其在高频工作时允许有较大管耗,且输出功率较大,场效应管显然能够很好的满足高频电路的需要。


二、场效应管在高频电路中的具体应用

现在越来越多的电子电路都在使用场效应管,以音响领域为例,场效应管的失真度低于晶体管且多为偶次谐波失真,听感好,高中低频能量分配适当,声音有密度感,音场较稳,透明感适中,层次感、解析力和定位感均有较好表现,对音乐细节有很好表现。


1、场效应管的在音响领域选用应注意以下几点。

场效应管的ID的参数按电路要求选取,能满足功耗要求并略有余量即可,不要认为越大越好,ID越大,CGS也越大,对电路的高频响应及失真不利,如ID为2A的管子,CGS约为80pF;ID为10A的管子,CGS约为1000pF。使用的可靠性可通过合理的散热设计来保证。

选用VMOS管的源漏极耐压BVDSS不要过高,能达到要求即可。因为BVDSS大的管子饱和压降也大,会影响效率。结型场效应管则要尽可能高些,因为他们本来就不高,一般BVDSS为30~50V,BVGSS为20V。


VMOS管的BVGSS尽可能高些,因为VMOS管子栅极很容易被击穿,储存或操作要慎之又慎,防止带静电的物体接触管脚。在储存中要将引出脚短路,并用金属盒屏蔽包装,以防止外来感应电势将栅极击穿,尤其要注意不能将管子放入塑料盒子或塑料袋中。为了防止栅极感应击穿,在安装调试中要求一切仪器仪表、电烙铁、电路板以及人体等都必须具有良好的接地效果,在管子接入电路之前,管子的全部引脚都必须保持短接状态,焊接完毕后方可把短接材料拆除。


配对管 要求用同厂同批号的,这样参数一致性好。尽量选用孪生配对管,使管子的夹断电压和跨导尽可能保持一致,使配对误差分别小于3%和5%。


尽可能选用音响专用管,这样更能适合音频放大电路的要求。


在安装场效应管时,位置要避免靠近发热元件。为了防止管子振动,要将管子紧固起来,管脚引线在弯曲时,应当大于根部距离5mm处进行弯曲,以防止弯曲时拆断管脚或引起漏气而损坏管子。管子要有良好的散热条件,必须配置足够的散热器,保证管子温度不超过额定值,确保长期稳定可靠工作。


结论

通过对场效应管在高频电路中应用的分析,本文着重介绍了场效应管的突出性能及其在生活中的高频电路的具体应用,发现场效应管的潜力巨大,可应用面广。


三、下面介绍检测VMOS管的方法

1、判定栅极G将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。


2、判定源极S、漏极D由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极。


3、测量漏-源通态电阻RDS(on)将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧。由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。


4、检查跨导将万用表置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。


注意事项:

VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置。


有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。


目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构。


现在VNF系列(N沟道)产品,是超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。


使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W。

多管并联后,由于极间电容和分布电容相应增加,使放大器的高频特性变坏,通过反馈容易引起放大器的高频寄生振荡。为此,并联复合管管子一般不超过4个,而且在每管基极或栅极上串接防寄生振荡电阻。


四、场效应管的使用注意事项

为了安全使用场效应管,在线路的设计中不能超过管的耗散功率,最大漏源电压、最大栅源电压和最大电流等参数的极限值。


各类型场效应管在使用时,都要严格按要求的偏置接人电路中,要遵守场效应管偏置的极性。如结型场效应管栅源漏之间是PN结,N沟道管栅极不能加正偏压;P沟道管栅极不能加负偏压,等等。


MOS场效应管由于输人阻抗极高,所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路,要用金属屏蔽包装,以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意,不能将MOS场效应管放人塑料盒子内,保存时最好放在金属盒内,同时也要注意管的防潮。


为了防止场效应管栅极感应击穿,要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地;管脚在焊接时,先焊源极;在连入电路之前,管的全部引线端保持互相短接状态,焊接完后才把短接材料去掉;从元器件架上取下管时,应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等;当然,如果能采用先进的气热型电烙铁,焊接场效应管是比较方便的,并且确保安全;在未关断电源时,绝对不可以把管插人电路或从电路中拔出。以上安全措施在使用场效应管时必须注意。


在安装场效应管时,注意安装的位置要尽量避免靠近发热元件;为了防管件振动,有必要将管壳体紧固起来;管脚引线在弯曲时,应当大于根部尺寸5毫米处进行,以防止弯断管脚和引起漏气等。对于功率型场效应管,要有良好的散热条件。因为功率型场效应管在高负荷条件下运用,必须设计足够的散热器,确保壳体温度不超过额定值,使器件长期稳定可靠地工作。

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