场效应管导通电阻分析

　　随着半导体技术的飞速发展，使场效应管的性能大幅度提高，其中最重要的是导通电阻达到毫欧数量级（1Q=lOOOmQ，一根直径0.5mm，长度为25cm的铜线，电阻约为22mQ)。场效应管的导通电阻是指在G、S极间加上一个偏压（N沟道为G+、S-，P沟道为G-、S+），场效应管导通时，D、S极间的电阻值。导通电阻这个参数在低压大电流场合尤其重要，甚至比耐压和电流指标还重要，所以尼克森公司的贴片低压场效应管就直接用导通电阻的数值来作产品型号，如“P2804"就是指该型场效应管的导通电阻为28mΩ，耐压为40V。同理，“P4404”就是指导通电阻为44mΩ，耐压为40V。当场效应管导通时，通过D、S极的电流会在导通电阻上产生压降，根据焦耳定律可知：
　　
　　损耗在场效应管上的功率和导通电阻成正比，当导通电阻为1Ω时，通过5A电流，就有25W功耗，对于T0-220封装的管子，就需配上大于25cmx25cm的散热片，这样才能长期工作；当导通电阻为0.05Ω( 50mΩ)时，功耗小至1.25W，此时不用外加散热片，利用线路板上面积较大的铜箔散热，就能稳定长期工作。现在部分贴片场效应管导通电阻已低至20mΩ，此时不用散热片也可以正常工作。有人说液晶电视中电源控制场效应管导通后，D、S极间没有电压，对此感到迷惑。实际上，DS极间有很小的电压，只不过非常小而已，如电流为1A，导通电阻为30 mΩ，电压降就是0.03V。
　　
　　不同结构的场效应管导通电阻差别很大，在通常情况下，耐压越高，导通电阻就越大，如液晶电视背光板常用的N沟道+P沟道组合管P2504，耐压40V，电流18A，导通电阻25mQ;用于CRT彩电电源管2SK2645，耐压600V，电流9A，功率50W，导通电阻1.2Ω; 2SK2647，耐压800V，4A，40W，导通电阻4Q。P沟道管比同规格N沟道管的导通电阻要大1倍左右，电流也小一些，所以开关电源都用N沟道管，但直流低电压控制管大多用P沟道管，因为P沟道管的S极接电源输入端，只要电源电压在5V左右，G极就可以直接由CPU控制，CPU输出低电平就可以使P沟道管导通，而N沟道管G极电压要高于输出电压5V～10V才能导通，那么CPU输出要经过电平转换才能控制N沟道管，电路较复杂。
　　
　　当场效应管工作于高频开关状态时，如用于开关电源、逆变器中时，由于高速开启和关闭都需要时间，都会产生功耗（频率越高，开／关功耗越大），因此导通电阻不是产生功耗的唯一来源，上述计算功耗的方法并不适用于此。随着制造工艺的发展，场效应管可以适应的频率越来越高，开关电源的电感、电容体积也越来越小。在液晶电视主板上，有好几个体积微小的DC-DC变换器，工作频率达数百千赫兹，输出电流可达数安培，效率可达90%，甚至更高。
　　
　　场效应管G、S极所加偏置电压的大小也会影响导通电阻阻值，一般标称值是在偏置电压为10V时的阻值。当偏置电压为3V时，导通电阻要比标称值大1倍；当偏置电压介于导通和截止的临界点电压时，管子就处于放大状态。从理论上说，场效应管工作原理和电子管相似，均是电压控制型器件，G极输入阻抗极高，激励信号只需要电压不需要电流，也就是无需驱动功率，所以液晶电视中作为低压直流电源控制的场效应管可以直接由CPU控制，数十微安电流就可以控制数安培的电流，如下图所示。

　　
　　须注意的是，场效应管和电子管不一样，场效应管G、S极间有一只数百皮法的电容（功率较大的，此电容容量可能为数千皮法）。在上述直流开／关控制电路中，这只电容对电路影响不大，但在工作频率很高的开关电源中，这只电容会让G极产生很大的充放电电流，如果激励功率不够，就会使充电时间拉长，也就是场效应管导通的过程变长；关断时，这一电容如放电缓慢，也会延迟关断，从而引起功耗大幅增加，其结果是极易导致管子烧坏。所以当把场效应管用在功率较大、频率较高的电路中时，要设有功率激励电路，通常由NPN和PNP型三极管组合成推挽电路，以驱动场效应管。如果激励电路有问题，会引起场效应管功耗大增甚至烧坏。
　　
　　另外，液晶面板对场效应管的导通和关断时间要求越快越好。如时间过长，就会出现明显的拖尾现象。所以逻辑板上的VGH（导通电压）值较高，一般大于15V;为了加速关断，还要加上一个-6V左右的负电压VGL。
　　
　　温度上升也会使导通电阻增加，此特性要求场效应管在温度较高时降额使用。在实际使用中，场效应管可以直接并联应用，当并联中的某一个管子温度高于其他管子时，这只管子的导通电阻就会较大，从而使流过它的电流下降，即可以自动平衡电流，从而大大提高其可靠性。对于普通双极型三极管而言，温度越高，导通电阻越小，流过的电流越大，这样会形成恶性循环，最后烧坏管子。
　　
　　当场效应管处于放大状态时（如用于音响功放中），在输出相同功率的情况下，工作电压越高，通过D、S极间的电流就越小，导通电阻的功耗在整个功耗中所占比例也就越小，此时主要功耗等于加在D、S极间的电压与通过的电流的积。在这种状态下，管子能承受的功耗和管子的最大功率和温升有关，有时要安装巨大的散热片才能正常工作，效率很低。

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