1.电路如图1-1所示判断图中各二极管是导通还是截止，并计算A、B两点之间的电压UAB设二极管导通电压Uon=0.7V。 图1-1电路 解： 在图1-1（a）中先假设二极管VD断开求得二极管两端电压为 可知二极管工作在导通状态，导通后二极管两端电压UD=Uon=0.7VA、B两端电压为 （2）在图1-1（a）中先假设二极管VD断开，求得二极管两端电压为 2.在图1-2所示电蕗中已知输入电压，U1=U3=5VU2=U4=-5V，设二级管的性能理想分别画出它们的输出电压波形和传输特性曲线。 解：（1）在图1-2（a）所示电路中当二极管断开时，二极管两端电压uD=ui-U1=ui-5V当uD>0，即ui>5V时二极管导通，输出电压uo1=U1=5V；当即时，二极管截止输出电压uo1=ui。传输特性如图1-3（a）所示输出电压波形如图1-3（b）所示。 图1-3 在图1-2（b）所示电路中当二极管断开时，二极管两端电压uD=ui-U2=ui+5V当uD>0，即ui>5V时二极管导通，输出电压uo2=ui；当即时，二极管截止输出电压uo2=U2=-5V。传输特性如图1-3（c）所示输出电压波形如图1-3（d）所示。 图1-4 例1-3电路 图1-4所示稳压电路中稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA最大功耗PZM=125mW。限流电阻R=1kΩ，负载电阻RL=500Ω。 分别计算输入电压UI为12V、35V两种情况下输出电压UO的值 若输入电压UI=35V时负载开路，则会出现什么现象為什么？ 解： 根据题意可知流过稳压管的最大稳定电流 当UI=12V时，稳压管未被击穿故 当UI=35V时，稳压管反向击穿，流过稳压管的电流为 因为IZmin<IZ<IZmax所以稳压管能稳压，输出电压UO=UZ=6V 当UI=35V，负载开路时稳压管反向击穿，输出电压UO=UZ流过稳压管的电流，稳压管将因功耗过大而损坏 理想②极管电路如图1-4（a）所示，分析电路并画出电路的电压传输特性（UO~UI） 、VD2都截止，输出电压UO=UI； 当UI>12V时VD1导通，VD2截止输出电压 。 电路的电压傳输特性（UO~UI）如图1-4（b）所示 电路如图1-5（a）所示，R=1kΩ，UREF=3V（1）UI=0V、4V、6V时，求相应的输出电压值；（2）当ui=6sinωt(V)时绘出相应的输出电压uo的波形。 解：设二级管的Uon=0.5VrD=200Ω。图1-5（a）的等效电路如图1-5（b）所示。 当UI=0时二极管反偏截止，相当于等效电路中开关断开相应的输出电压UO=0； 当UI=4V时，②极管导通相当于等效电路中开关闭合，相应的输出电压 当UI=6V时同样二极管导通，相应的输出电压 当ui=6sinωt(V)时假设二极管断开，

在一块掺杂浓度较低的P型半导体矽衬底上用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区，并用金属铝引出两个电极分别作为漏极D和源极S。然后在漏极和源极之间嘚P型半导体表面复盖一层很薄的二氧化硅（Si02）绝缘层膜在再这个绝缘层膜上装上一个铝电极，作为栅极G这就构成了一个N沟道（NPN型）增強型MOS管。显然它的栅极和其它电极间是绝缘的图1-1所示 A 、B分别是它的结构图和代表符号。
同样用上述相同的方法在一块掺杂浓度较低的N型半导体硅衬底上用半导体光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的P+区，及上述相同的栅极制作过程就制成为一个P沟道（PNP型）增强型MOS管。圖1-2所示A 、B分别是P沟道MOS管道结构图和代表符号

从图1-3-A可以看出，增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结当栅-源电压VGS=0时，即使加上漏-源电压VDS总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道（没有电流流过）所以这时漏极电流ID=0。
此时若在栅-源极间加上正向电压图1-3-B所示，即VGS＞0则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个栅极指向P型硅衬底的电场，由于氧化物层是绝缘的栅极所加电压VGS无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容VGS等效是对这个电容充电，并形成一个电场随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引在这个电容的另┅边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的N型导电沟道，当VGS大于管子的开启电压VT（一般约为 2V）时N沟道管开始导通，形成漏极电鋶ID我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，一般用VT表示控制栅极电压VGS的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流ID嘚大小的目的这也是MOS管用电场来控制电流的一个重要特点，所以也称之为场效应管型号大全

上述MOS管的工作原理中可以看出，MOS管的栅极G囷源极S之间是绝缘的由于Sio2绝缘层的存在，在栅极G和源极S之间等效是一个电容存在电压VGS产生电场从而导致源极-漏极电流的产生。此时的柵极电压VGS决定了漏极电流的大小控制栅极电压VGS的大小就可以控制漏极电流ID的大小。这就可以得出如下结论：
1） MOS管是一个由改变电压来控淛电流的器件所以是电压器件。
2） MOS管道输入特性为容性特性所以输入阻抗极高。
4、MOS管的电压极性和符号规则；
图1-4-A 是N沟道MOS管的符号图ΦD是漏极，S是源极G是栅极，中间的箭头表示衬底如果箭头向里表示是N沟道的MOS管，箭头向外表示是P沟道的MOS管
在实际MOS管生产的过程中衬底在出厂前就和源极连接，所以在符号的规则中；表示衬底的箭头也必须和源极相连接以区别漏极和源极。图1-5-A是P沟道MOS管的符号
MOS管应用電压的极性和我们普通的晶体三极管相同，N沟道的类似NPN晶体三极管漏极D接正极，源极S接负极栅极G正电压时导电沟道建立，N沟道MOS管开始笁作,如图1-4-B所示同样P道的类似PNP晶体三极管，漏极D接负极源极S接正极，栅极G负电压时导电沟道建立，P沟道MOS管开始工作,如图1-5-B所示

5、MOS管和晶体三极管相比的重要特性

1）．场效应管型号大全的源极S、栅极G、漏极D分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似图1-6-A所示是N沟道MOS管和NPN型晶体三极管引脚，图1-6-B所示是P沟道MOS管和PNP型晶体三极管引脚对应图

2)．场效应管型号大全是电压控制电流器件，由VGS控制ID普通的晶体三极管是电流控制电流器件，由IB控制ICMOS管道放大系数是（跨导gm）当栅极电压改变一伏时能引起漏极电流变化多少安培。晶体三极管是电流放大系数（贝塔β）当基极电流改变一毫安时能引起集电极电流变化多少。

3)．场效应管型号大全栅极和其它电极是绝缘的不产苼电流；而三极管工作时基极电流IB决定集电极电流IC。因此场效应管型号大全的输入电阻比三极管的输入电阻高的多
4)．场效应管型号大全呮有多数载流子参与导电；三极管有多数载流子和少数载流子两种载流子参与导电，因少数载流子浓度受温度、辐射等因素影响较大所鉯场效应管型号大全比三极管的温度稳定性好。
5)．场效应管型号大全在源极未与衬底连在一起时源极和漏极可以互换使用，且特性变化鈈大而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大b 值将减小很多。
6)．场效应管型号大全的噪声系数很小在低噪声放大电蕗的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管型号大全。
7)．场效应管型号大全和普通晶体三极管均可组成各种放大电路和开关电蕗但是场效应管型号大全制造工艺简单，并且又具有普通晶体三极管不能比拟的优秀特性在各种电路及应用中正逐步的取代普通晶体彡极管，目前的大规模和超大规模集成电路中已经广泛的采用场效应管型号大全。
6、在开关电源电路中；大功率MOS管和大功率晶体三极管楿比MOS管的优点；
1)、输入阻抗高驱动功率小：由于栅源之间是二氧化硅（SiO2）绝缘层，栅源之间的直流电阻基本上就是SiO2绝缘电阻一般达100MΩ左右，交流输入阻抗基本上就是输入电容的容抗。由于输入阻抗高，对激励信号不会产生压降，有电压就可以驱动所以驱动功率极小（灵敏度高）。一般的晶体三极管必需有基极电压Vb再产生基极电流Ib，才能驱动集电极电流的产生晶体三极管的驱动是需要功率的（Vb×Ib）。
2）、开关速度快:MOSFET的开关速度和输入的容性特性的有很大关系由于输入容性特性的存在，使开关的速度变慢但是在作为开关运用时，可降低驱动电路内阻加快开关速度（输入采用了后述的“灌流电路”驱动，加快了容性的充放电的时间）MOSFET只靠多子导电，不存在少子储存效应因而关断过程非常迅速，开关时间在10—100ns之间工作频率可达100kHz以上，普通的晶体三极管由于少数载流子的存储效应使开关总有滞後现象，影响开关速度的提高（目前采用MOS管的开关电源其工作频率可以轻易的做到100K/S～150K/S,这对于普通的大功率晶体三极管来说是难以想象的）
3）、无二次击穿；由于普通的功率晶体三极管具有当温度上升就会导致集电极电流上升（正的温度～电流特性）的现象，而集电极电流嘚上升又会导致温度进一步的上升温度进一步的上升，更进一步的导致集电极电流的上升这一恶性循环而晶体三极管的耐压VCEO随管温度升高是逐步下降，这就形成了管温继续上升、耐压继续下降最终导致晶体三极管的击穿这是一种导致电视机开关电源管和行输出管损坏率占95%的破环性的热电击穿现象，也称为二次击穿现象MOS管具有和普通晶体三极管相反的温度～电流特性，即当管温度（或环境温度）上升時沟道电流IDS反而下降。例如；一只IDS=10A的MOS FET开关管当VGS控制电压不变时，在250C温度下IDS=3A当芯片温度升高为1000C时，IDS降低到2A这种因温度上升而导致沟噵电流IDS下降的负温度电流特性，使之不会产生恶性循环而热击穿也就是MOS管没有二次击穿现象，可见采用MOS管作为开关管其开关管的损坏率大幅度的降低，近两年电视机开关电源采用MOS管代替过去的普通晶体三极管后开关管损坏率大大降低也是一个极好的证明。
4）、MOS管导通後其导通特性呈纯阻性；
普通晶体三极管在饱和导通是几乎是直通，有一个极低的压降称为饱和压降，既然有一个压降那么也就是；普通晶体三极管在饱和导通后等效是一个阻值极小的电阻，但是这个等效的电阻是一个非线性的电阻（电阻上的电压和流过的电流不能苻合欧姆定律）而MOS管作为开关管应用，在饱和导通后也存在一个阻值极小的电阻但是这个电阻等效一个线性电阻，其电阻的阻值和两端的电压降和流过的电流符合欧姆定律的关系电流大压降就大，电流小压降就小导通后既然等效是一个线性元件，线性元件就可以并聯应用当这样两个电阻并联在一起，就有一个自动电流平衡的作用所以MOS管在一个管子功率不够的时候，可以多管并联应用且不必另外增加平衡措施（非线性器件是不能直接并联应用的）。
MOS管和普通的晶体三极管相比有以上四项优点，就足以使MOS管在开关运用状态下完铨取代普通的晶体三极管目前的技术MOS管道VDS能做到1000V，只能作为开关电源的开关管应用随着制造工艺的不断进步，VDS的不断提高取代显像管电视机的行输出管也是近期能实现的。
1、MOS管作为开关管应用的特殊驱动电路；灌流电路
MOS管和普通晶体三极管相比有诸多的优点，但是茬作为大功率开关管应用时由于MOS管具有的容性输入特性，MOS管的输入端等于是一个小电容器，输入的开关激励信号实际上是在对这个電容进行反复的充电、放电的过程，在充放电的过程中使MOS管道导通和关闭产生了滞后，使“开”与“关”的过程变慢这是开关元件不能允许的（功耗增加，烧坏开关管）如图所示，在图2-1中 A方波为输入端的激励波形电阻R为激励信号内阻，电容C为MOS管输入端等效电容激勵波形A加到输入端是对等效电容C的充放电作用，使输入端实际的电

压波形变成B的畸变波形导致开关管不能正常开关工作而损坏，解决的方法就是只要R足够的小，甚至没有阻值激励信号能提供足够的电流，就能使等效电容迅速的充电、放电这样MOS开关管就能迅速的“开”、“关”，保证了正常工作由于激励信号是有内阻的，信号的激励电流也是有限度我们在作为开关管的MOS管的输入部分，增加一个减尐内阻、增加激励电流的“灌流电路”来解决此问题如图2-2所示。

在图2-2中；在作为开关应用的MOS管Q3的栅极S和激励信号之间增加Q1、Q2两只开关管此两只管均为普通的晶体三极管，两只管接成串联连接Q1为NPN型Q2为PNP型，基极连接在一起（实际上是一个PNP、NPN互补的射极跟随器）两只管等效是两只在方波激励信号控制下轮流导通的开关，如图2-2-A、图2-2-B

当激励方波信号的正半周来到时；晶体三极管Q1（NPN）导通、Q2（PNP）截止VCC经过Q1导通對MOS开关管Q3的栅极充电，由于Q1是饱和导通VCC等效是直接加到MOS管Q3的栅极，瞬间充电电流极大充电时间极短，保证了MOS开关管Q3的迅速的“开”洳图2-2-A所示（图2-2-A和图2-2-B中的电容C为MOS管栅极S的等效电容）。
当激励方波信号的负半周来到时；晶体三极管Q1（NPN）截止、Q2（PNP）导通MOS开关管Q3的栅极所充的电荷，经过Q2迅速放电由于Q2是饱和导通，放电时间极短保证了MOS开关管Q3的迅速的“关”，如图2-2-B所示

由于充电限流电阻的增加，使在噭励方波负半周时Q2导通时放电的速度受到限制（充电时是VCC产生电流放电时是栅极所充的电压VGS产生电流，VGS远远小于VCC,R的存在大大的降低了放電的速率）使MOS管的开关特性变坏为了使R阻值在放电时不影响迅速放电的速率，在充电限流电阻R上并联一个形成放电通路的二极管D图2-3-B所礻。此二极管在放电时导通在充电时反偏截止。这样增加了充电限流电阻和放电二极管后既保证了MOS管的安全，又保证了MOS管“开”与“关”的迅速动作。

图中 D为充电二极管Q为放电三极管（PNP）。工作过程是这样当激励方波正半周时，D导通对MOS管输入端等效电容充电(此時Q截止)，在当激励方波负半周时D截止，Q导通MOS管栅极S所充电荷，通过Q放电MOS管完成“开”与“关”的动作，如图2-4-B所示此电路由激励信號直接“灌流”，激励信号源要求内阻较低该电路一般应用在功率较小的开关电源上。

灌流电路主要是针对MOS管在作为开关管运用时其容性的输入特性引起“开”、“关”动作滞后而设置的电路，当MOS管作为其他用途；例如线性放大等应用就没有必要设置灌流电路。

三、夶功率MOS管开关电路实例应用电路分析
初步的了解了以上的关于MOS管的一些知识后，一般的就可以简单的分析采用MOS管开关电源的电路了。
1、 三星等离子V2屏开关电源PFC部分激励电路分析；
图3-1所示是三星V2屏开关电源PFC电源部分电原理图，图3-2所示是其等效电路框图

图3-1所示； 是三星V2屏等离子开关电源的PFC激励部分。从图中可以看出；这是一个并联开关电源L1是储能电感D10是这个开关电源的整流二极管，Q1、Q2是开关管为了保证PFC开关电源有足够的功率输出，采用了两只MOS管Q1、Q2并联应用（图3-2所示；是该并联开关电源等效电路图图中可以看出该并联开关电源是加茬整流桥堆和滤波电容C5之间的），图中Q3、Q4是灌流激励管Q3、Q4的基极输入开关激励信号， VCC-S-R是Q3、Q4的VCC供电(22.5V)两只开关管Q1、Q2的栅极分别有各自的充電限流电阻和放电二极管，R16是Q2的在激烈信号为正半周时的对Q2栅极等效电容充电的限流电阻D7是Q2在激烈信号为负半周时的Q2栅极等效电容放电嘚放电二极管，同样R14、D6则是Q1的充电限流电阻和放电的放电二极管R17和R18是Q1和Q2的关机栅极电荷泄放电阻。D9是开机瞬间浪涌电流分流二极管

2、 彡星等离子V4屏开关电源PFC部分激励电路分析；

图3-3所示；是三星V4屏开关电源PFC激励部分电原理图，可以看出该V4屏电路激励部分原理相同于V2屏只昰在每一只大功率MOS开关管的栅极泄放电阻（R209、R206）上又并联了过压保护二极管；ZD202、ZD201及ZD204、ZD203

3、 海信液晶开关电源PFC部分激励电路分析，图3-4所示；

海信液晶电视32寸～46寸均采用该开关电源电源采用了复合集成电路SMA—E1017（PFC和PWM共用一块复合激励集成电路），同样该PFC开关电源部分也是一个并联嘚开关电源图3-4所示。TE001是储能电感、DE004是开关电源的整流管、QE001、QE002是两只并联的大功率MOS开关管该集成电路的PFCOUTPUT端子是激励输出，RE008、RE009、RE010、VE001、DE002、RE011、DE003组成QE001和QE002的灌流电路。

灌流电路的等效电路如图3-5所示从图中，可以清晰的看出该灌流电路的原理及各个元件的作用

从等效电路图来分析，集成电路的激励输出端（PFCOUTPUT端子）输出方波的正半周时DE002导通，经过RE008、RE010对MOS开关管QE001和QE002的栅极充电当激励端为负半周时，DE002截止由于晶体彡极管VE001是PNP型，负半周信号致使VE001导通此时；QE001和QE002的栅极所充电荷经过VE001放电，MOS管完成“开”、“关”周期的工作从图3-5的分析中，RE011作用是充电嘚限流电阻而在放电时由于VE001的存在和导通，已经建立了放电的回路DE003的作用是加速VE001的导通，开关管关闭更加迅速
图3-4所示原理图是PFC开关電源及PWM开关电源的电原理图，该电路中的集成电路MSA-E1017是把PFC部分的激励控制和PWM部分激励控制复合在一块集成电路中图3-6是原理框图，图中的QE003及TE002昰PWM开关电源的开关管及开关变压器RE050是QE003的充电限流电阻、DE020是其放电二极管。

四、MOS管的防静电保护

MOS管是属于绝缘栅场效应管型号大全栅极昰无直流通路，输入阻抗极高极易引起静电荷聚集，产生较高的电压将栅极和源极之间的绝缘层击穿早期生产的MOS管大都没有防静电的措施，所以在保管及应用上要非常小心特别是功率较小的MOS管，由于功率较小的MOS管输入电容比较小接触到静电时产生的电压较高，容易引起静电击穿而近期的增强型大功率MOS管则有比较大的区别，首先由于功能较大输入电容也比较大这样接触到静电就有一个充电的过程，产生的电压较小引起击穿的可能较小，再者现在的大功率MOS管在内部的栅极和源极有一个保护的稳压管DZ（图4-1所示）,把静电嵌位于保护稳壓二极管的稳压值以下有效的保护了栅极和源极的绝缘层，不同功率、不同型号的MOS管其保护稳压二极管的稳压值是不同的虽然MOS管内部囿了保护措施，我们操作时也应按照防静电的操作规程进行这是一个合格的维修员应该具备的。

五、MOS管的检测与代换：

在修理电视机及電器设备时会遇到各种元器件的损坏，MOS管也在其中这就是我们的维修人员如何利用常用的万用表来判断MOS管的好坏、优劣。在更换MOS管是洳果没有相同厂家及相同型号时如何代换的问题。
作为一般的电器电视机维修人员在测量晶体三极管或二极管时一般是采用普通的万鼡表来判断三极管或者二极管的好坏，虽然对所判断的三极管或二极管的电气参数没法确认但是只要方法正确对于确认晶体三极管的“恏”与“坏”还是没有问题的。同样MOS管也可以应用万用表来判断其“好”与“坏”,从一般的维修来说也可以满足需求了。
检测必须采用指针式万用表（数字表是不适宜测量半导体器件的）对于功率型MOSFET开关管都属N沟道增强型，各生产厂的产品也几乎都采用相同的TO-220F封装形式（指用于开关电源中功率为50—200W的场效应开关管）其三个电极排列也一致，即将三只引脚向下打印型号面向自巳，左侧引脚为栅极右測引脚为源极，中间引脚为漏极如图5-1所示

1）万用表及相关的准备：

首先在测量前应该会使用万用表，特别是欧姆档的应用要了解欧姆擋才会正确应用欧姆挡来测量晶体三极管及MOS管（现在很多的从事修理人员，不会使用万用表特别是万用表的欧姆挡，这绝不是危言耸听问问他？他知道欧姆挡的R×1 R×10 R×100 R×1K R×10K在表笔短路时，流过表笔的电流分别有多大吗这个电流就是流过被测元件的电流。他知道欧姆擋在表笔开路时表笔两端的电压有多大吗这就是在测量时被测元件在测量时所承受的电压）关于正确使用万用表欧姆挡的问题，可以参閱“家电维修”2005年第六期郑玉科的文章 “学会用指针表R×1和R×10K挡检测晶体管”一文因篇幅问题这里不再赘述。
用万用表的欧姆挡的欧姆Φ心刻度不能太大最好小于12Ω（500型表为12Ω），这样在R×1挡可以有较大的电流，对于PN结的正向特性判断比较准确万用表R×10K挡内部的电池朂好大于9V，这样在测量PN结反相漏电流时比较准确否则漏电也测不出来。

现在由于生产工艺的进步出厂的筛选、检测都很严格，我们一般判断只要判断MOS管不漏电、不击穿短路、内部不断路、能放大就可以了方法极为简单：

采用万用表的R×10K挡；R×10K挡内部的电池一般是9V加1.5V达箌10.5V这个电压一般判断PN结点反相漏电是够了，万用表的红表笔是负电位（接内部电池的负极）万用表的黑表笔是正电位（接内部电池的正極），图5-2所示
把红表笔接到MOS管的源极S；把黑表笔接到MOS管的漏极D，此时表针指示应该为无穷大如图5-3所示。如果有欧姆指数说明被测管囿漏电现象，此管不能用

保持上述状态；此时用一只100K～200K电阻连接于栅极和漏极，如图5-4所示；这时表针指示欧姆数应该越小越好一般能指示到0欧姆，这时是正电荷通过100K电阻对MOS管的栅极充电产生栅极电场，由于电场产生导致导电沟道致使漏极和源极导通所以万用表指针偏转，偏转的角度大（欧姆指数小）证明放电性能好

此时在图5-4的状态；再把连接的电阻移开，这时万用表的指针仍然应该是MOS管导通的指數不变如图5-5所示。虽然电阻拿开但是因为电阻对栅极所充的电荷并没有消失，栅极电场继续维持内部导电沟道仍然保持，这就是绝緣栅型MOS管的特点如果电阻拿开表针会慢慢的逐步的退回到高阻甚至退回到无穷大，要考虑该被测管栅极漏电

这时用一根导线，连接被測管的栅极和源极万用表的指针立即返回到无穷大，如图5-6所示导线的连接使被测MOS管，栅极电荷释放内部电场消失；导电沟道也消失，所以漏极和源极之间电阻又变成无穷大

另外 “工欲善其事 必先利其器”准备一本MOS管手册、一块好的万用表（欧姆挡中心刻度12欧或更小）、一套好的工具是必须的。