場效應(yīng)管G極電壓可以大于D極電壓嗎？詳解-KIA MOS管

場效應(yīng)管-電壓

N溝道場效應(yīng)管柵極（G極）電壓是否可以大于漏極（D極）電壓？為什么？答案：完全是可以的；場效應(yīng)管完全導(dǎo)通時(shí)其G極電壓就比D極電壓高。

N溝道場效應(yīng)管

場效應(yīng)管有N溝道和P溝道兩種類型，共有3個(gè)極：柵極（G極）、漏極（D極）和源極（S極），其中G極屬于驅(qū)動(dòng)端，G極與S極有相應(yīng)的壓差，管子才導(dǎo)通。

場效應(yīng)管與三極管不同，屬于壓控元件（三極管屬于電流元件），柵極輸入阻抗很大（約10^7Ω~10^12Ω），電流很小幾乎為零。

以N溝道場效應(yīng)管為例進(jìn)行說明，下圖為N溝道場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)。

場效應(yīng)管電壓

場效應(yīng)管也有三個(gè)工作區(qū)間：截止區(qū)（夾斷區(qū)）、可變電阻區(qū)和恒流區(qū)（飽和區(qū)）。

截止區(qū)：VGS＜VGS(th），VGS(th）為管子的開啟電壓，此期間漏極-源極之間的阻抗很大，ID電流幾乎為零（一般μA級(jí)以下），相當(dāng)于開路。

可變電阻區(qū)：VGS(th）＜VGS＜VGS（飽和），當(dāng)VGS兩端的電壓達(dá)到管子的開啟電壓時(shí)，漏極開始有電流，此時(shí)漏極-源極的阻抗比較大，VGS持續(xù)增大，阻抗隨之減小，此區(qū)間ID與VGS呈線性關(guān)系。

恒流區(qū)（飽和區(qū)）：當(dāng)VGS繼續(xù)增大，漏極電流（ID）不再增大（趨于穩(wěn)定）時(shí)，此區(qū)間屬于恒流區(qū)，也就是管子完全飽和狀態(tài)。

管子飽和時(shí)，漏極-源極的阻抗（內(nèi)阻）很小，都是mΩ數(shù)量級(jí)，比如50mΩ、8mΩ等，質(zhì)量較好的大電流場效應(yīng)管其飽和內(nèi)阻可達(dá)1mΩ/2mΩ，甚至更小。

N溝道場效應(yīng)管應(yīng)用實(shí)例

如下圖為使用3.3V的I/O口控制N溝道場效應(yīng)管的原理，由于場效應(yīng)管的飽和控制電壓VGS一般6V~10V，因此不能直接使用3.3V電平的IO口直接控制場效應(yīng)管。

該原理通過NPN三極管驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管，因?yàn)槿龢O管屬于電流驅(qū)動(dòng)，一般電壓大于0.6V即可驅(qū)動(dòng)三極管。該原理的具體過程為：

當(dāng)I/O口為高電平（3.3V）時(shí)，三極管Q1導(dǎo)通，將場效應(yīng)管Q2的柵極電壓拉低（幾乎為0V），此時(shí)VGS≈0V，場效應(yīng)管Q2截止，負(fù)載不工作；

當(dāng)IO口輸出低電平時(shí)，三極管Q1基極電壓為0，三極管截止，場效應(yīng)管Q2柵極電壓由24V經(jīng)10K和20K分壓得到8V電壓，即VGS=8V，場效應(yīng)管Q2導(dǎo)通（飽和），負(fù)載工作。

場效應(yīng)管電壓

實(shí)例是使用場效應(yīng)管的截止/飽和區(qū)將場效應(yīng)管當(dāng)電子開關(guān)控制負(fù)載，在實(shí)際應(yīng)用中，場效應(yīng)管當(dāng)開關(guān)的場合很多，但場效應(yīng)管的作用不僅僅只是開關(guān)，場效應(yīng)管的輸入阻抗很高，可作為多級(jí)放大電路的輸入級(jí)提高輸入阻抗，也可以作為恒流源、可變電阻使用。

熟悉場效應(yīng)管的原理及應(yīng)用之后，答案已經(jīng)很明了了，N溝道的場效應(yīng)管的恒流區(qū)（飽和區(qū)）柵極（G極）和源極（S極）之間施加電壓一般6V~10V（管子飽和驅(qū)動(dòng)電壓），當(dāng)管子達(dá)到飽和時(shí)其內(nèi)阻很小，都是mΩ級(jí)別，小的可達(dá)幾mΩ。

如上圖例子，假設(shè)該管子內(nèi)阻為20mΩ，負(fù)載電流為5A，管子飽和時(shí)VDS=20mΩ×5A=0.1V，而驅(qū)動(dòng)電壓VGS=8V，源極S接地，因此G極的電壓為8V而D極的電壓只有0.1V，可見G極的電壓明顯比D極高。

總結(jié)：在管子各極所能承受的電壓范圍內(nèi)，柵極（G極）的電壓是可以高于漏極（D極）電壓的，場效應(yīng)管之所以能夠廣泛應(yīng)用，是因?yàn)槠溆泻芏鄡?yōu)點(diǎn)，比如輸入阻抗高，穩(wěn)定性好，輸出端對(duì)輸入端影響很??；

驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)，在中小電流場合壓降小；熱穩(wěn)定性好，噪聲低，失真小。因此中小電流場合場效應(yīng)管占優(yōu)勢，但在大電流場合晶體管、IGBT占優(yōu)勢。

場效應(yīng)管電壓