在电子电路中,MOS管和IGBT管会经常出现,它们都可以作为开关元件来使用,MOS管和IGBT管在外形及特性参数也比较相似。那为什么有些电路用MOS管,而有些电路用IGBT管?
下面我们就来了解一下,MOS管和IGBT管到底有什么区别吧!
场效应管主要有两种类型,分别是结型场效应管(JFET)和绝缘栅场效应管(MOS管)。
MOS管即MOSFET,中文全称是金属-氧化物半导体场效应晶体管,由于这种场效应管的栅极被绝缘层隔离,所以又叫绝缘栅场效应管。
MOSFET又可分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类。
MOSFET种类与电路符号
有的MOSFET内部会有个二极管,这是体二极管,或者叫寄生二极管、续流二极管。
关于寄生二极管的作用,有两种解释:
- MOSFET的寄生二极管,作用是防止VDD过压的情况下,烧坏MOS管,因为在过压对MOS管造成破坏之前,二极管先反向击穿,将大电流直接到地,从而避免MOS管被烧坏。
- 防止MOS管的源极和漏极反接时烧坏MOS管,也可以在电路有反向感生电压时,为反向感生电压提供通路,避免反向感生电压击穿MOS管。
MOSFET具有输入阻抗高、开关速度快、热稳定性好、电压控制电流等特性,在电路中,可以用作放大器、电子开关等用途。
IGBT作为新型电子半导体器件,具有输入阻抗高,电压控制功耗低,控制电路简单,耐高压,承受电流大等特性,在各种电子电路中获得极广泛的应用。
IGBT的电路符号至今并未统一,画原理图时一般是借用三极管、MOS管的符号,这时可以从原理图上标注的型号来判断是IGBT还是MOS管。
同时还要注意IGBT有没有体二极管,图上没有标出并不表示一定没有,除非官方资料有特别说明,否则这个二极管都是存在的。
IGBT内部的体二极管并非寄生的,而是为了保护IGBT脆弱的反向耐压而特别设置的,又称为FWD(续流二极管)。
判断IGBT内部是否有体二极管也并不困难,可以用万用表测量IGBT的C极和E极,如果IGBT是好的,C、E两极测得电阻值无穷大,则说明IGBT没有体二极管。
IGBT非常适合应用于如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
MOS管和IGBT管的内部结构,如下图所示:
IGBT是通过在MOSFET的漏极上追加层而构成的。
IGBT的理想等效电路如下图所示,IGBT实际就是MOSFET和晶体管三极管的组合,MOSFET存在导通电阻高的缺点,但IGBT克服了这一缺点,在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻。
另外,相似功率容量的IGBT和MOSFET,IGBT的速度可能会慢于MOSFET,因为IGBT存在关断拖尾时间,由于IGBT关断拖尾时间长,死区时间也要加长,从而会影响开关频率。
在电路中,选用MOS管作为功率开关管还是选择IGBT管,这是工程师常遇到的问题,如果从系统的电压、电流、切换功率等因素作为考虑,可以总结出以下几点:
也可从下图看出两者使用的条件,阴影部分区域表示MOSFET和IGBT都可以选用,“?”表示当前工艺还无法达到的水平。
总的来说,MOSFET优点是高频特性好,可以工作频率可以达到几百kHz、上MHz,缺点是导通电阻大在高压大电流场合功耗较大;而IGBT在低频及较大功率场合下表现卓越,其导通电阻小,耐压高。
MOSFET应用于开关电源、镇流器、高频感应加热、高频逆变焊机、通信电源等等高频电源领域;IGBT集中应用于焊机、逆变器、变频器、电镀电解电源、超音频感应加热等领域。
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9.4.6 检波电路及故障处理
如图9-48所示是检波电路。电路中的VD1是检波,C1是高频滤波电容,R1是检波电路的负载电阻,C2是耦合电容。
图9-48 二极管检波电路
1.电路分析准备知识
众所周知,收音机有调幅收音机和调频收音机两种,调幅信号就是调幅收音机中处理和放大的信号。见图中的调幅信号波形示意图,对这一信号波形主要说明下列几点:
(1)从调幅收音机天线下来的就是调幅信号。
(2)信号的中间部分是频率很高的载波信号,它的上下端是调幅信号的包络,其包络就是所需要的音频信号。
(3)上包络信号和下包络信号对称,但是信号相位相反,收音机最终只要其中的上包络信号,下包络信号不用,中间的高频载波信号也不需要。
2.电路中各元器件作用说明
如表9-43所示是元器件作用解说。
表9-43 元器件作用解说
3.检波电路工作原理分析
检波电路主要由检波二极管VD1构成。
在检波电路中,调幅信号加到检波二极管的正极,这时的检波二极管工作原理与整流电路中的整流二极管工作原理基本一样,利用信号的幅度使检波二极管导通,如图9-49所示是调幅波形展开后的示意图。
图9-49 调幅波形时间轴展开示意图
从展开后的调幅信号波形中可以看出,它是一个交流信号,只是信号的幅度在变化。这一信号加到检波二极管正极,正半周信号使二极管导通,负半周信号使二极管截止,这样相当于整流电路工作一样,在检波二极管负载电阻R1上得到正半周信号的包络,即信号的虚线部分,见图中检波电路输出信号波形(不加高频滤波电容时的输出信号波形)。
检波电路输出信号由音频信号、直流成分和高频载波信号三种信号成分组成,详细的电路分析需要根据三种信号情况进行展开。这三种信号中,最重要的是音频信号处理电路的分析和工作原理的理解。
(1)所需要的音频信号,它是输出信号的包络,如图9-50所示,这一音频信号通过检波电路输出端电容C2耦合,送到后级电路中进一步处理。
图9-50 检波电路输出端信号波形示意图
(2)检波电路输出信号的平均值是直流成分,它的大小表示了检波电路输出信号的平均幅值大小,检波电路输出信号幅度大,其平均值大,这一直流电压值就大,反之则小。这一直流成分在收音机电路中用来控制一种称为中频放大器的放大倍数(也可以称为增益),称为AGC(自动增益控制)电压。AGC电压被检波电路输出端耦合电容隔离,不能与音频信号一起加到后级放大器电路中,而是专门加到AGC电路中。
(3)检波电路输出信号中还有高频载波信号,这一信号无用,通过接在检波电路输出端的高频滤波电容C1,被滤波到地端。
一般检波电路中不给检波二极管加入直流电压,但在一些小信号检波电路中,由于调幅信号的幅度比较小,不足以使检波二极管导通,所以给检波二极管加入较小的正向直流偏置电压,如图所示,使检波二极管处于微导通状态。
从检波电路中可以看出,高频滤波电容C1接在检波电路输出端与地线之间,由于检波电路输出端的三种信号其频率不同,加上高频滤波电容C1的容量取得很小,这样C1对三种信号的处理过程不同。
(1)对于直流电压而言,电容的隔直特性使C1开路,所以检波电路输出端的直流电压不能被C1旁路到地线。
(2)对于音频信号而言,由于高频滤波电容C1的容量很小,它对音频信号的容抗很大,相当于开路,所以音频信号也不能被C1旁路到地线。
(3)对于高频载波信号而言,其频率很高,C1对它的容抗很小而呈通路状态,这样惟有检波电路输出端的高频载波信号被C1旁路到地线,起到高频滤波的作用。
如图9-51所示是检波二极管导通后的三种信号电流回路示意图。负载电阻构成直流电流回路,耦合电容取出音频信号。
图9-51 检波二极管导通后三种信号电流回路示意图
4.故障检测方法及电路故障分析
对于检波二极管不能用测量直流电压的方法来进行检测,因这这种二极管不工作在直流电压中,所以要采用测量正向和反向电阻的方法来判断检波二极管质量。
当检波二极管开路和短路时,都不能完成检波任务,所以收音电路均会出现收音无声故障。
5.实用倍压检波电路工作原理分析
如图9-52所示是实用倍压检波电路,电路中的C2和VD1、VD2构成二倍压检波电路,在收音机电路中用来将调幅信号转换成音频信号。电路中的C3是检波后的滤波电容。通过这一倍压检波电路得到的音频信号,经耦合电容C5加到音频放大管中。
图9-52 实用倍压检波电路
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