压铸机的工作原理与本体结
第2章压铸设备
2.1 压铸机的工作原理与分类
2.1.1 压铸成型特点
熔融合金在高压、高速条件下充型，并在高压下冷却凝固成型的一种精密铸造方法。
压铸特点：
①压铸件尺寸精度和表面质量高；
②压铸件表层组织致密，硬度和强度较高，表层较耐磨。
③可采用镶铸法简化装配和制造工艺；
④生产率高，易实现机械化和自动化；
⑤由于压铸速度极快，型腔气体难于完全排除，厚壁难以补缩，使压铸件易出现气孔和缩松；
⑥压铸模具结构复杂、材料及加工的要求高。
2.1.2 压铸机的分类、型号
1．分类
按熔炼炉设置、压射装置、锁模装置布局等。
热压室压铸机
卧式冷压室压铸机
立式冷压室压铸机
全立式冷压室压铸机
2．型号
J1113B
J表示金属性铸造设备；第一位数字表示所属列，共有两列，“1”为冷压室，“2”为热压室；第二位数字表示所属“组”，共有9组，“1”表示卧式，“5”表示立式；第二位数字后数字表示锁模力的1/100kN。型号后的字母表示第几次改型设计。
2.1.3 压铸机的工作原理
2.1.
3.1 热压室压铸机
热压室压铸机工作原理图
1-动模；2-定模；3-喷嘴；4-压射冲头；5-压室；6-坩埚
a-压室通道；b-鹅颈嘴；c-鹅颈通道
压射部分与金属熔化部分连为一体，并浸在金属液中。鹅颈嘴b的高度应比坩埚内金属液最高液面略高，使金属液不致自行流入模腔。
模具闭合。压射时，冲头向下封住通道a时，压室、鹅颈通道、模腔构成密闭系统。冲头以一定的推力和速度将金属液压入模腔，充满型腔并保压适当时间后，冲头提升复位。
2.1.
3.2 立式冷压室压铸机
锁模部分呈水平设置，负责模具的开、合及压铸件的顶出。压射部分呈垂直设置，压室与金属熔炉分开。压铸时，模具闭合，舀取一定金属液倒入压室，反料冲头应上升堵住浇道b，以防金属液自行流入模腔。当压射冲头下降接触金属液时，返料冲头随压射冲头下移，使压射室与模具浇道相通，金属液迅速充满模腔a 。冷却后，压射冲头上升复位，反料冲头往上移动，切断余料e并将其顶出压室，接着开模顶出压铸件。
立式冷压室压铸机工作原理图
a)合模；b)压射；c)开模、取件
1-动模；2-定模；3-压射冲头；4-压室；5-反料冲头
a-模腔；b-浇道；c-金属液；d-压铸件；e-余料
2.1.
3.3 卧式冷压室压铸机
压室与熔炉分开设置，压室水平布置，并可从锁模中心向下偏移一定距离。
压铸时，金属液c注入压室→冲头向前压射→金属液经内浇道a压射入模腔b→保压冷却→开模，同时，冲头继续前推，将余料e推出压室，让余料随动模1移动，压射冲头复位。动模开模结束、顶出压铸件d，再合模。
卧式冷压室压铸机工作原理图
a)合模；b)压射；c)开模、取件
1-动模；2-定模；3-压室；4-压射冲头；
a-内浇道；b-模腔；c-金属液；d-压铸件；e-余料
2.1.
3.4 全立式冷压室压铸机
（1）压射冲头上压式压铸机
金属液2倒入压室3，模具闭合，压射冲头1上压，金属液经浇注系统进入模腔6，冷却后开模，冲头继续上升，推动余料7随铸件移动，通过模具顶出机构顶出压铸件及浇注系统，同时，冲头复位。
全立式冷压室(上压式)压铸机工作原理图
a)浇注金属液；b)合模、压射；c)开模、顶出铸件
1-压射冲头；2-金属液；3-压室；4-定模；5-动模；6-模腔；7-余料
（2）压射冲头下压式压铸机
模具闭合后，金属液3浇入压室2，反料冲头在弹簧5作用下上升封住横浇道6，压射冲头1下压时，迫使反料冲头后退，金属液经浇道进入模腔，冷却后开模，冲头复位。顶出机构顶出铸件及浇注系统凝料。推出机构复位后，反料冲头在弹簧作用下复位。
全立式冷压室(下压式)压铸机工作过程
a)合模、浇注金属液；b)压射成型；c)开模、顶出铸件
1-压射冲头；2-压室；3-金属液；4-反料冲头；5-弹簧；6-横浇道
2.2 压铸机的本体结构
2.2.1 压铸机的结构形式及特点
基本结构：合模机构、压射机构、机座、动力部分、液压与电气控制系统、其它辅助装置。合金熔炉、保温炉。
2.2.1.1热压室压铸机
熔炼、保温与压射装置构成机床的铸料系统。压射装置浸没于金属液中，结构紧凑。锁模装置类似于塑料注射机。配有数字式温控和可编程控制系统，可选配自动取件机械手、抽芯装置等附件。
多为中小型机，易实现自动化，生产率高，金属消耗量少。但压射构件易被浸蚀，也影响合金纯度。多用于铅、锡、锌等铸件。
PLC控制热压室压铸机
1-电气控制柜；2-合模部分；3-取件机械手；4-压射装置；5-增压蓄能器；6-合金熔炉；7-集中冷却装置；
8-操作面板；9-床身；10-手动润滑泵
2.2.1.2卧式冷压室压铸机
压射装置和锁模装置呈水平分布，压射装置由压室和压射冲头组成，并可根据模具浇注系统需要向下偏移一定距离。锁模装置与卧式塑料注射机相似。
压室工作条件比热压室好，可采用大吨位卧式压射缸，适于中大型压铸机。可用于铝合金、镁合金、铜合
金及黑色金属。
J1116型卧式冷压室压铸机
1-电气控制柜；2-液压系统；3-锁模装置；4-操作面板；5-压射装置；6-取料机械手；7-快速压射蓄能器；
8-增压蓄能器；9-床身；10-自动润滑系统
2.2.1.3立式冷压室压铸机
压射装置呈垂直分布，由压室、压射冲头、反料冲头组成，进料口在机床模板中心处。锁模装置水平分布，结构与卧式冷压室压铸机相同。占地面积小。
杂质上浮、压射时不易进入模腔，有利于提高铸件质量。模具模腔可沿中心对称布置，使模具压力中心与压铸机锁模中心重合，便于压铸具有中心浇口的铸件。
多了一组余料切除装置，生产率较前二者低，金属液压力损失大。可用于锌、铝、镁、铜合金压铸件。
2.2.1.4全立式冷压室压铸机
压射装置和锁模装置均呈垂直分布，总体结构类似于四柱液压机。按压射冲头运动方向的不同可分为上压式和下压式。
特点：模具水平放置，稳固可靠，安放嵌件方便，广泛用于压铸电动机转子类零件；金属液进入模腔转折少，流程短，减少了压力和热量损失；占地面积小。但高度大，铸件顶出后常需人工取出，不易实现自动化。
2.2.2 压铸机的主要机构示例
2.2.2.1 压射装置
达到工艺要求的压射比压和压射速度，且压射速度、压射力、压力建立时间等方便可调。
（1）增压缸有背压的压射装置
压射增压机构
1-压室；2-压射冲头；3-冷却水通道；4-压射杆；5-活塞杆；6-压射缸；7-压力表；8-分油器；9-节流阀
杆；10-弹簧；11-背压腔；12-增压活塞；13-单向阀阀芯；14-油孔；15-调节螺杆；16-压射支架；17-
升降器
由带缓冲器的普通液压缸和增压器组成，联合实现分级压射，具有两种速度和一次增压压射的机构。
第一级压射：压力油经油孔14进入，由于背压腔11有背压，增压活塞12不能前移，压力油经单向阀进入压射缸后腔，汇集在缓冲杆周围的分油器8中，由于节流阀杆9的作用，只有很小流量的压力油从分油器的中心孔进入，作用在压射活塞的缓冲杆端部截面上，作用力也很小，因而压射活塞慢速前进，进行慢速压射，压射冲头2缓慢地封闭压室1注液口，以免金属液溢出，同时，有利于压室空气排出、减少气体卷入。
第二级压射：当压射冲头越过注液口，大流量压力油进入压射缸，推动压射活塞快速前进，实现快速压射充模。
第三级压射：金属液充满模腔，压射活塞停止前进的瞬间，增压活塞及单向阀阀芯13前后压力不平衡，增压活塞因压差作用而前移，单向阀阀芯在弹簧10作用下自行关闭，实现压射增压。
（2）增压缸无背压的压射装置
分罐式压射增压结构
1-压室；2-压射冲头；3-随动杆；4-压射缸；5-快速压射行程感应开关；6-增压缸；7-增压蓄能器入油口；8-增压缸控制阀；9-增压速度调节螺栓；10-增压起始时间调节入油口；11-压射力调节阀；12-增压缸起动阀；13-慢速压射与快速压射蓄能器入油口；14-压射冲头回程入油口
采用分罐式压射增压器结构。用两个蓄能器分别对压射缸和增压缸进行快速增压。增压压力通过调整蓄能器压力来改变，压射速度、压射力和压射力建立时间都能分别单独调节。
工作：合模结束信号发讯后，压射开始，压力油由油口13进入压射缸4进行慢速压射，当随动杆3离开行程感应开关5时，切换为快速压射，此时，快速压射蓄能器的压力油通过油口13进入压射缸进行快速压射，快速压射工作油同时进入增压缸起动阀12。当模腔内金属液充满，快速压射因突然停止引起的压力冲击使阀12换向，受阀12控制的增压缸控制阀8打开，增压蓄能器的压力油进入增压缸，推动增压活塞产生压射增压。
优点：①压射速度高，反应与升压时间短；②反应与升压时间可单独调节；③压力稳定不受压射速度影响；
④增压压力可通过增压蓄能器上的减压阀直接进行调整；⑤由于压射与增压蓄能器分开，互不干扰。
2.2.2.2合模装置
主要完成模具的开、合及铸件顶出等。要求它动作既平稳又迅速，锁紧可靠，便于压铸模的装卸和模具的清理，压铸件的取出方便可靠。
全液压锁模机构、液压-机械联合锁模机构。
全液压式合模机构
1-差动活塞；2-充液箱；3-填充阀；4-合模缸座；5-动模板；6-凸块；7-增压器
全液压合模机构。整个机构由合模缸组、活塞组、动模板5、充液箱2、填充阀3和增压器7等组成。V3为开模腔、V1为内合模腔、V2为外合模腔，活塞组中的差动活塞1和外活塞及动模板相连接。
合模时，V1通入液压油，虽V3也通入液压油，但差动活塞两边受力不同而右移，带着动模快速右移。随着动模板5移动，V2腔容积不断增大、形成较大的真空度，自动打开填充阀3（此时阀a孔通液压油），使大量油液从充液箱向V2合模缸充液、进行快速合模。当模具将闭紧时，由于动模板5拖动着拉杆凸块6打开凸轮阀，压力油进入V2腔，V2腔内压力升高，填充阀的阀门关闭，转为慢速合模，直至模具闭合。此时，V2腔内压力升高到与管路中压力一致（～10MPa），但尚未达到压射时所需的最大合模力，因为增压器未起作用。
增压器通道e与V2腔相通，压射时，压力油从孔c进入增压器，克服弹簧4的弹力，顶开单向阀芯3，进入增压器液压缸左腔，推动活塞右移，使V2腔内压力增高，实现增压，使V2腔压力达23MPa，锁模力达1250kN。
开模时，V1腔和增压器从孔c回油，压力撤消，合模机构的差动活塞在V3腔常压压力油作用下，带着动模回位开模。此时，V2腔内的油液必须迅速排回充液箱，为此，压力油从填充阀上端b孔通入，让先导推杆6推开填充阀内的先导阀门，从而，打开阀门3，使V2腔中油液先慢后快地排回充液箱，以实现开模过程的动作先慢后快。
全液压合模机构一般用于小型或中型压铸机；大中型压铸机合模机构，一般采用液压-机械合模机构。
填充阀
1、3-弹簧；2-阀门；4-先导阀门；5-阀座；6-先导推杆；7-缸座；8-活塞缸；9-活塞
增压器
1-活塞；2-单向阀体；3-阀芯；4-弹簧；5-活塞杆；6-活塞；7-增压缸
2.2.2.3液压系统
2.2.2.4 电气控制系统
2.2.2.5 辅助装置
（1）气压注料装置
（2）取料机械手
2.3 压铸机主要技术参数与选用
2.3.1 压铸机的主要技术参数
压射、合模、设备技术经济指标。
2.3.1.1 合模力
合模装置对模具所能施加的最大夹紧力，kN
2.3.1.2 压射力
压射冲头作用于金属液的最大力，kN
2.3.1.3 压射比压
压射冲头作用于单位面积金属液表面上的压力，MPa
是确保制品致密性和金属液充填能力的重要参数。
24F F p A d
π== P 为压射比压(Pa)；F 为压射力(N)；d 为压室直径(m)；A 为压射冲头截面积(m 2)
2.3.1.4 压室容量
压室每次浇注能够容纳金属液的最大质量，kg
2.3.1.5 工作循环次数
压铸机每小时最高循环周期数。一般以设备的空循环时间来表示。
2.3.1.6 合模部分基本尺寸
包括模板尺寸、拉杆有效间距、模板间距、模具最大和最小厚度等。决定了设备所用模具尺寸大小及它们间的安装关系。
此外，还有开模力、开模行程、顶出力和行程、浇注重心偏距、设备动力、外形尺寸等。
2.3.2 压铸机的选用
2.3.2.1 锁模力校核
锁模力大于模具的胀模力。
F KF
胀
锁
K为安全系数1～1.3，小型薄壁铸件取小值，大型铸件取大值。
锁模力校核计算示意图
2.3.2.2 压室容量校核
每次压铸的金属液总量不得超过压室可容纳的金属液总量。
2.3.2.3 开模行程校核
全液压合模机构，设备开模行程为合模行程减去模具厚度；曲肘式合模机构，模具厚度对开模行程无影响。
2.3.2.4 模具安装尺寸的校核
①浇口套与压室(冷室)、浇口套与喷嘴(热室)连接处配合要正确。
②模具外形尺寸应小于压铸机模板尺寸，且通常，长(或宽)方向应小于压铸机拉杆有效间距；曲肘合模机构，模具闭合高度应在设备的最大和最小闭合高度间；全液压合模机构，模具闭合高度应大于设备动、定模板的最小间距。
③模具座板上孔位应与压铸机模板上的安装螺孔对应。
④模具顶出机构与压铸机顶出杆的连接结构相适应。
思考题：
（1）金属压铸成形有何特点？对压铸合金和压铸制品有何要求？
（2）压铸机的类型有哪些？各有何特点？
（3）压铸机如何实现金属液的高速、高压成形？
（4）何谓三级压射？简述J1113A压铸机三级压射的工作原理。
（5）分罐式压射增压装置较传统的增压系统有何优点？
（6）压铸机选用时应注意哪几个方面问题？
场效应管工作原理 1
场效应管工作原理（1） 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109?）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS 功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管（ＪＦET)得结构与工作原理1、JＦET得结构与符号 Ｎ沟道JFEＴP沟道ＪFET ２、工作原理（以N沟道JFEＴ为例) N沟道JFET工作时,必须在栅极与源极之间加一个负电压-—VＧS＜0,在D－S间加一个正电压——V DS＞0、 栅极—沟道间得PN结反偏，栅极电流ｉG≈０,栅极输入电阻很高(高达10７Ω以上). Ｎ沟道中得多子(电子)由S向D运动,形成漏极电流iＤ。i D得大小取决于ＶDS得大小与沟道电阻。改变ＶGS可改变沟道电阻，从而改变i D。 主要讨论V GS对i D得控制作用以及VＤS对iＤ得影响。 ①栅源电压ＶGS对i D得控制作用 当VＧS〈0时，PN结反偏,耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，IＤ减小；ＶＧS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，IＤ≈０。这时所对应得栅源电压V GS称为夹断电压VＰ。
②漏源电压ＶDS对i D得影响 在栅源间加电压V GS<０，漏源间加正电压ＶDS > 0。则因漏端耗尽层所受得反偏电压为V GD＝V GＳ-V DS，比源端耗尽层所受得反偏电压V GS大，(如:VＧS=-2V, V DS =3V，V P=－９Ｖ,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD＝—5V,源端耗尽层受反偏电压为－2V）,使靠近漏端得耗尽层比源端宽,沟道比源端窄,故V DS对沟道得影响就是不均匀得,使沟道呈楔形。 当V DS增加到使VＧD=ＶGS－VＤS＝V P时,耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。 当V DＳ继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。由于夹断处电阻很大,使ＶDＳ主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区得载流子都拉至漏极,形成漏极电流IＤ.预夹断后I D基本不随VＤＳ增大而变化。
MOS管的结构和工作原理
在P 型衬底上，制作两个高掺杂浓度的N 型区，形成源极（Source ）和漏极（Drian ）,另外一个是栅极（Gate ）.当Vi=Vgs
功率场效应管原理
功率场效应晶体管(MOSFET)原理 功率场效应管(Power MOSFET)也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。 一、电力场效应管的结构和工作原理 电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。 电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。 电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a)所示。电气符号，如图1(b)所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS，并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T，则管子开通，在漏、源极间流过电流I D。U GS超过U T越大，导电能力越强，漏极电流越大。 二、电力场效应管的静态特性和主要参数 Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。{{分页}} 1、静态特性 （1）输出特性 输出特性即是漏极的伏安特性。特性曲线，如图2(b)所示。由图所见，输出特性分为截止、饱和与非饱和3个区域。这里饱和、非饱和的概念与GTR不同。饱和是指漏极电流I D不随漏源电压U DS的增加而增加，也就是基本保持不变；非饱和是指地U CS 一定时，I D随U DS增加呈线性关系变化。 （2）转移特性
(完整版)对场效应管工作原理的理解
如何理解场效应管的原理，大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂，给初学的人学习造成很大的难度，要深入学习就越感到困难，本人以自己的理解加以解释，希望对初学的人有帮助，即使认识可能不是很正确，但对学习肯定有很大的帮助。 场效应管的结构 场效应管是电压控制器件，功耗比较低。而三极管是电流控制器件，功耗比较高。但场效应管制作工艺比三极管复杂，不过可以做得很小，到纳米级大小。所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。对大电流功率器件处理比较困难，不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力，也有大功率场管出现，大有取代三极管的趋势。场效应管具有很多比三极管优越的性能。 结型场效应管的结构 结型场效应管又叫JFET，只有耗尽型。 这里以N沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的结构及基本工作原理。图为N沟道结型场效应管的结构示意图。在一块N型硅，材料(沟道)上引出两个电极，分别为源极(S)和漏极(D)。在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极，称为栅极(G)。这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。当栅极开路时，沟道相当于一个电阻，其阻值随型号而不同，一般为数百欧至数千欧。如果在漏极及源极之间加上电压U Ds，就有电流流过，I D将随U DS的增大而增大。如果给管子加上负偏差U GS时，PN结形成空间电荷区，其载流子很少，因而也叫耗尽区(如图a中阴影区所示)。其性能类似于绝缘体，反向偏压越大，耗尽区越宽，沟道电阻就越大，电流减小，甚至完全截止。这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片(沟道)中的电流大小的目的。 注：实际上沟道的掺杂浓度非常小，导电能力比较低，所以有几百到几千欧导通电阻。而且是PN结工作在反向偏置的状态。刚开机时，如果负偏置没有加上，此时I D是最大的。 特点：1，GS和GD有二极管特性，正向导通，反向电阻很大 2：DS也是导通特性，阻抗比较大 3：GS工作在反向偏置的状态。 4：DS极完全对称，可以反用，即D当做S，S当做D。 从以上介绍的情况看，可以把场效应管与一般半导体三极管加以对比，即栅极相当于基极，源极相当于发射极，漏极相当于集电极。如果把硅片做成P型，而栅极做成N型，则成为P沟道结型场效应管。结型场效应管的符号如图b所示。
场效应管工作原理
场效应管工作原理 MOS场效应管电源开关电路。 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP 型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。 对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在
MOS 场效应管的工作原理及特点
MOS 场效应管的工作原理及特点 场效应管是只有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(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide SemIConductor FET）。 MOS场效应管 有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)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。 增强型MOS(EMOS)场效应管 道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，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。 一、工作原理 1．沟道形成原理
当Vgs=0 V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间形成电流。当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs(th)时（VGS(th) 称为开启电压），通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斥，出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，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。 进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形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（inversion layer）。随着Vgs的继续增加，ID将不断增加。 在Vgs=0V时ID=0，只有当Vgs＞Vgs(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。 VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图。 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作用。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对沟道导电能力的控制 当Vgs＞Vgs(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压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。 根据此图可以有如下关系 VDS=VDG＋VGS= —VGD＋VGS VGD=VGS—VDS 当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGS(th)，沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上，
场效应管工作原理
场效应管工作原理（1） 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109?）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。 三、场效应管的参数 场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注以下主要参数： 1、I DSS — 饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS =0时的漏源电流。 2、U P — 夹断电压。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。 3、U T — 开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。 4、g M — 跨导。是表示栅源电压U GS — 对漏极电流I D 的控制能力，即漏极电流I D 变化量与栅源电压U GS 变化量的比值。g M 是衡量场效应管放大能力的重要参数。 5、BU DS — 漏源击穿电压。是指栅源电压U GS 一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一 项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BU DS。
场效应管工作原理
场效应管工作原理
场效应管工作原理 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D
压铸机的基本构造与成型原理
壓鑄机的基本构造与成型原理 壓鑄工業源于十九世紀三十年代的美國，至二十世紀初鋁合金鑄造已成為商業所應用，壓鑄工業目前已發展成為多种合金進行壓鑄的行業，包括鋁合金、鋅合金、鎂合金和銅合金的鑄件。在一些地方，也在詴驗黑色金屬壓鑄。壓鑄件產品中占最大比重的是鋁合金鑄件，占30%--50%；其次為鋅合金鑄件；銅合金鑄件只占壓鑄件總產量的1%--2%。應用最多的是汽車、拖拉机制造工業；其次是儀表制造和電子儀器工業；此外還有農業机械、國防工業、計算机、醫療机械制造業中，壓力鑄造也用得較多。用壓鑄方法生產最大鋁合金鑄件重量可達50KG，鑄件最大直徑2米，最輕的壓鑄件只有几克。用壓鑄生產的零件有發動机气缸体、气缸蓋、變速箱、發動机罩、儀表和照相机的殼体和支架、管接頭、齒輪等。 第一章壓鑄的基本概念 一、壓鑄的定義 壓鑄根据其發展過程，各個時期的定義有所不同，目前壓鑄行業普遍接受的壓鑄定義為：在高壓下，將熔融金屬壓入精密的金屬模具內，在短時間內獲得高精度且良好鑄造表面的鑄件，這其中包含了下述的几個要素： 1.制成精密的金屬壓鑄模具； 2.配以可以開閉模具和可以壓入金屬溶液的裝置； 3.將鋁液以高壓方式壓入封閉的模具內； 4.冷卻后將模具打開； 5.可將鑄件從模具型腔內自動頂出的裝置； 6.反复進行上述過程動作且大批量生產。 二、壓鑄工藝過程 壓鑄工藝流程可用下圖來簡略地表示： 三、壓鑄的特點 (一)与其它鑄造方法相比，壓力鑄造有以下几方面优點： 1.鑄件的尺寸精度高，尺寸偏差小后續加工少； 2.表面光滑，可獲得良好的光洁度； 3.可以壓鑄形狀复雜的薄壁鑄件；
4.在壓鑄中可嵌鑄其它材料(如電熱管)的零件； 5.設計自由度大，可降低后續加工費用； 6.具有高的生產率，過程易于自動化，一般冷壓室壓鑄机平均每班可壓鑄600~700模次，我們公司201PH机种最高記錄為1692模此/班2人。 (二)壓鑄的主要特點： 1.壓鑄時由于液体金屬在腔內的流動速度极高，液流會包住大量空气，最后以气孔形式留在鑄件中，所以用一般壓鑄方法得到的鑄件不能進行較多余量的机械加工。但鑄孔并不是不可以改善，通過改進模具設計、成型工藝，可大幅度減少鑄孔的產生。 2.對內凹复雜的鑄件，壓鑄最為困難； 3.高熔點合金(如銅、黑色金屬)壓鑄時壓鑄模具壽命低； 4.不宜小批量生產，因壓鑄模具制造成本高，壓鑄机生產效率高，小批量生產經濟上不合理。 第二章壓鑄机的基本构造 一、壓鑄机的种類 壓鑄机一般分為熱壓室壓鑄机和冷壓室壓鑄机兩大類。冷壓室壓鑄机按其壓室結构和布置方式分為臥式壓鑄机和立式壓鑄机兩种，臥式壓鑄机液体金屬進入型腔流程壓力損失小，有利于傳遞最終壓力，便于提高比壓，故使用最廣。 二、這里介紹的是我們公司選用的臥式冷室壓鑄机的結构。 壓鑄机主要有開合模結构，壓射結构，動力系統和控制系統等組成。 (一)合模机构： 開合模及鎖模机构統稱為合模机构，是帶動壓鑄模的活動模部分進行壓鑄的開合机构。推動活動模合模的力稱為合模力。由于充填時壓力的作用，合攏的壓鑄模仍有被脹開的可能，故合模机构有鎖緊壓鑄模的作用，鎖緊壓鑄模的力稱為鎖模力，一般鎖模力等于或小于壓鑄机額定合模力的85%，開模力為鎖模力的1/8—1/16，隨机种而异。 合模机构的傳動形式包括動力式(即全液壓式)和机械式兩种。而机械式又分為曲肘式、斜模式和混合式三种，我們公司壓鑄机采用得是曲肘式。此机构由三塊座板組成，并且用四根導柱將其串聯起來，中間是活動模板，由合模缸的活塞杆經過曲肘机构來帶動，動作過程如下：當液壓軸進入合模缸時，推動合模活塞帶動連杆，使三角形鉸鏈擺動。通過力臂將力傳給動模，產生合模動作，要求活動模和固定模閉合時成一直線，亦稱為“死點”，即利用這個“死點”進行鎖模。 (1)合模力大，曲肘連杆系統可將合模缸推力放大16—26倍，這樣合模缸直徑可大大減小，同時高壓油的耗量也顯著減少。 (2)運動特性好合模速度快，在合模中曲肘离“死點”越近，動模移動速度越慢，使活動模与固定模緩慢閉合；同樣在剛開模時，動模運動速度也慢，這利于防止開模時將產品拉裂，也有利于頂出鑄件。 (3)合模机构剛性大。 (4)控制系統簡單 曲肘合模机构缺點是對曲肘系統的轉軸和軸套材料，加工精度和潤滑要求高。 (二)壓射机构 壓射机构是實現壓鑄工藝的關鍵部分，它的結构性能決定了壓鑄過程中的壓射速度、增壓時間等主要參數。
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
结型场效应管(JFET)的结构和工作原理 1. JFET的结构和符号 N沟道JFET P沟道JFET 2. 工作原理（以N沟道JFET为例） N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——V GS< 0，在D-S间加一个正电压——V DS>0. 栅极—沟道间的PN结反偏，栅极电流i G≈0，栅极输入电阻很高（高达107Ω以上）。 N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流i D。i D的大小取决于V DS的大小和沟道电阻。改变V GS可改变沟道电阻，从而改变i D。
主要讨论V GS对i D的控制作用以及V DS对i D的影响。 ①栅源电压V GS对i D的控制作用 当V GS＜0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，I D减小；V GS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，I D≈0。这时所对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P。 ②漏源电压V DS对i D的影响 在栅源间加电压V GS＜ 0 ，漏源间加正电压V DS > 0。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD=V GS-V DS，比源端耗尽层所受的反偏电压V GS大,(如:V GS=-2V, V DS =3V, V P=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD=-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端宽，沟道比源端窄，故V DS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。 当V DS增加到使V GD=V GS-V DS =V P时，耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。 当V DS继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。由于夹断处电阻很大，使V DS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流I D。预夹断后I D基本不随V DS增大而变化。
MOS管工作原理动画示意图也有N沟道和P沟道两类
MOS管工作原理动画示意图也有N沟道和P沟道两类 绝缘型场效应管的栅极与源极、栅极和漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离，因此而得名。又因栅极为金属铝，故又称为MOS管。它的栅极-源极之间的电阻比结型场效应管大得多，可达1010Ω以上，还因为它比结型场效应管温度稳定性好、集成化时温度简单，而广泛应用于大规模和超大规模集成电路中。 与结型场效应管相同，MOS管工作原理动画示意图也有N沟道和P沟道两类，但每一类又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管，凡栅极-源极电压UGS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。 根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。 N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，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。当VGS=0 V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 间形成电流。 当栅极加有电压时，若0VGS(th)时( VGS(th)称为开启电压)，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形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。随着VGS的继续增加,ID
场效应管工作原理
场效应管工作原理 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P 沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P 型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P 饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=0时的漏源电流。 2、UP 开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。 4、gM 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数。
5、BUDS 最大耗散功率。也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。 7、IDSM UGS=0时的漏极电流。UP —夹断电压，使ID=0对应的UGS的值。P沟道场效应管的工作原理与N沟道类似。我们不再讨论。下面我们看一下各类绝缘栅场效应管(MOS场效应管)在电路中的符号。§3 场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。 一、直流参数 1、饱合漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。定义：当栅、源极之间的电压UGS=0，而漏、源极之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。 2、夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流(如1μA， 50μA)时所需UGS的值。 3、开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，漏极电流ID达到某一数值(如10μA)时所需加的UGS 值。 4、直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比，由于栅极几乎不索取电流，因此输入电阻很高，结型为106Ω以上，MOS管可达1010Ω以上。 二、交流参数
p沟道mos管工作原理
P通道为空穴流，N通道为电子流，所以场效应三极管也称为单极性三极管。FET 乃是利用输入电压(Vgs)来控制输出电流(Id)的大小。所以场效应三极管是属于电压控制元件。它有两种类型，一是结型（接面型场效应管）(JFET)，一是金氧半场效应三极管，简称MOSFET，MOSFET又可分为增强型与耗尽型两种。 N沟道，P沟道结型场效应管的D、S是由N(或P)中间是栅极夹持的通道，这个通道大小是受电压控制的，当然就有电流随栅极电压变化而变。可以看成栅极是控制电流阀门。 增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。栅极电压高低决定电场的变化，进而影响载流子的多少，引起通过S、D电流变化。 MOS管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数管子在出厂前已连接好)。增强型MOS管的漏极d和源极s之间有两个背靠背的PN结。 主板上的PWM(Plus Width Modulator，脉冲宽度调制器)芯片产生一个宽度可调的脉冲波形，这样可以使两只MOS管轮流导通。当负载两端的电压(如CPU需要的电压)要降低时，这时MOS管的开关作用开始生效，外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端的电压升高时，通过MOS管的开关作用，外部电源供电断开，电感释放出刚才充入的能量，这时的电感就变成了“电源”，当栅-源电压vGS=0时，即使加上漏-源电压vDS，而且不论vDS的极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道。 MOS管 MOS管的英文全称叫MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)，即金属氧化物半导体型场效应管，属于场效应晶体管中的绝缘栅型。因此，MOS管有时被称为场效应管。在一般电子电路中，MOS管通常被用于放大电路或开关电路。而在主板上的电源稳压电路中，MOSFET扮演的角色主要是判断电位，它在主板上常用“Q”加数字表示。 一、MOS管的作用是什么？ 目前主板或显卡上所采用的MOS管并不是太多，一般有10个左右，主要原因是大部分MOS管被整合到IC芯片中去了。由于MOS管主要是为配件提供稳定的电压，所以它一般使用在CPU、AGP插槽和内存插槽附近。其中在CPU与AGP插槽附近各安排一组MOS管，而内存插槽则共用了一组MOS管，MOS管一般是以两个组成一组的形式出现主板上的。 二、MOS管的性能参数有哪些？ 优质的MOS管能够承受的电流峰值更高。一般情况下我们要判断主板上MOS 管的质量高低，可以看它能承受的最大电流值。影响MOS管质量高低的参数非常多，像极端电流、极端电压等。但在MOS管上无法标注这么多参数，所以在MOS 管表面一般只标注了产品的型号，我们可以根据该型号上网查找具体的性能参数。 还要说明的是，温度也是MOS管一个非常重要的性能参数。主要包括环境温度、管壳温度、贮成温度等。由于CPU频率的提高，MOS管需要承受的电流也随
最新场效应管工作原理68703
场效应管工作原理 68703
场效应管工作原理 时间:2007-06-15 来源: 作者: 点击：7148 字体大小:【大中小】 1.什么叫场效应管？ FET是Field-Effect-Transistor的缩写,即为场效应晶体管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。FET应用范围很广,但不能说现在普及的双极型晶体管都可以用FET替代。然而，由于FET的特性与双极型晶体管的特性完全不同，能构成技术性能非常好的电路。 2. 场效应管的工作原理： (a) JFET的概念图
(b) JFET的符号 图1(b)门极的箭头指向为p指向 n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。图1（a）表示n沟道JFET的特性例。以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。 首先，门极-源极间电压以0V时考虑（VGS =0）。在此状态下漏极-源极间电压VDS 从0V增加，漏电流ID几乎与VDS 成比例增加，将此区域称为非饱和区。VDS 达到某值以上漏电流ID 的变化变小，几乎达到一定值。此时的ID 称为饱和漏电流（有时也称漏电流用IDSS 表示。与此IDSS 对应的VDS 称为夹断电压VP ，此区域称为饱和区。其次在漏极-源极间加一定的电压VDS (例如0.8V)，VGS 值从0开始向负方向增加，ID 的值从IDSS 开始慢慢地减少，对某VGS 值ID =0。将此时的VGS 称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS (off)示。n沟道JFET的情况则VGS (off) 值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID =0的VGS 因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID =0.1-10μA 的VGS 定义为VGS (off) 的情况多些。关于JFET为什么表示这样的特性，用图作以下简单的说明。
场效应管(FET)的工作原理总结共11页文档
结型场效应管的工作原理 N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。 N沟道结型场效应管工作时，需要外加如图1所示的偏置电压，即在栅-源极间加一负电压(v GS＜0)，使栅-源极间的P+N结反偏，栅极电流i G≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108左右)。在漏-源极间加一正电压(v DS＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D。i D的大小主要受栅-源电压v GS控制，同时也受漏-源电压v DS的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压v GS对沟道电阻及漏极电流i D的控制作用，以及漏-源电压v DS对漏极电流i D 的影响。 转移特性：在u DS一定时, 漏极电流i D与栅源电压u GS之间的关系称为转移特性。 在U GS(off)≤u GS≤0的范围内, 漏极电流i D与栅极电压u GS的关系为2) 输出特性：输出特性是指栅源电压u GS一定, 漏极电流i D与漏极电压u DS之间的关系。 1．v GS对沟道电阻及i D的控制作用 图2所示电路说明了v GS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压v DS=0。当栅-源电压v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图2(a)所示。当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增
大，如图2(b)所示。当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断，如图2(c)所示。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。这时的栅-源电压称为夹断电压，用V P表示。 上述分析表明，改变栅源电压v GS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。若同时在漏源-极间加上固定的正向电压v DS，则漏极电流i D将受v GS 的控制，|v GS|增大时，沟道电阻增大，i D减小。上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流i D的大小。 2．v DS对i D的影响 设v GS值固定，且V P 结型场效应管（JFET的结构和工作原理 1. JFET的结构和符号 D O s A N沟道JFET P沟道JFET 2.工作原理（以N沟道JFET为例） N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——V GS< 0 ,在D-S间加一个正电压——V DS>0. 栅极一沟道间的PN结反偏，栅极电流i G 0，栅极输入电阻很高（高达107以上）。 N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流i D。i D的大小取决于V DS的大小和沟道电阻。改变V GS可改变沟道电阻，从而改变i D。 主要讨论V S对i D的控制作用以及V DS对i D的影响。 ①栅源电压V GS对i D的控制作用 当V GS V 0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，I D减小；V GS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，I D ~ 0。这时所对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P。 ②漏源电压V DS对i D的影响 在栅源间加电压V GS v 0 ,漏源间加正电压V DS > 0。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD= V GS-V DS,比源端耗尽层所受的反偏电压V GS大,（如：V Gs=-2V, V DS =3V, V P=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD=-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V）,使靠近漏端的耗尽层比源 端宽，沟道比源端窄，故V DS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。 当V DS增加到使V GD=V GS-V DS = V P时，耗尽层在漏端靠拢，称为预夹断。 当V DS继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。由于夹断处电阻很大，使 V DS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流I D。预夹断后I D基本不随V DS增大而变化。 结型场效应管的工作原理 N 沟道和P 沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N 沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。 N 沟道结型场效应管工作时，需要外加如图1所示的偏置电压，即在栅-源极间加一负电压(v GS ＜0)，使栅-源极间的P +N 结反偏，栅极电流i G ≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108Ω左右)。在漏-源极间加一正电压(v DS ＞0)，使N 沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D 。i D 的大小主要受栅-源电压v GS 控制，同时也受漏-源电压v DS 的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压v GS 对沟道电阻及漏极电流i D 的控制作用，以及漏-源电压v DS 对漏极电流i D 的影响。 转移特性：在u DS 一定时, 漏极电流i D 与栅源电压u GS 之间的关系称为转移特性。 ()|D gs ds u i f u ==常数 在U GS(off)≤u GS ≤0的范围内, 漏极电流i D 与栅极电压u GS 的关系为 2()(1)GS D DDS GS off u i I u =- 2) 输出特性：输出特性是指栅源电压u GS 一定, 漏极电流i D 与漏极电压u DS 之间的关系。 ()|D s gs d u i f u ==常数 GS 0 1 2 3 4 5 1．v GS对沟道电阻及i D的控制作用 图2所示电路说明了v GS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压v DS=0。当栅-源电压v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图2(a)所示。当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图2(b)所示。当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断，如图2(c)所示。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。这时的栅-源电压称为夹断电压，用V P表示。结型场效应管(JFET)的结构和工作原理
场效应管(FET)的工作原理总结