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用作电子开关的三极管和MOS管


因为NPN型的三极管在共发射极电路中使用时,其C极要求接的是电源的正端,E极要求接的是电源的负端,B极要求在正向偏压时管子才工作,所以在PC电源中,开关电路都是以NPN型三极管的共发射极电路出现的,因之开关管都选用NPN型的三极管,正好能满足电路的供电要求和工作特性:
我们先看下面这个简单的电路例子,右面的电路部分等效于左面的电路部分:
当图中的NPN型三极管Q,由于B极接到指令而工作在饱和导通状态时,C极与E极完全导通,近似直通线路,三极管Q的C极与E极就相当于一个机械开关K合上了,+300V的电压经过变压器T的初级绕组N1,三极管Q的C极和E极后回到300V的负端即地端,构成一个回路,就相当于直接给变压器的初级绕组N1两端加了一个300V的电压,那么变压器的初级绕组N1中就有电流流过,变压器就能工作;而当三极管Q截止时,就相当于这个机械开关K断开,很简单,变压器的初级绕组N1中就没有电流流过了,变压器也就不能工作。
当该三极管Q交替工作在饱和导通或者截止状态时,而其导通或者截止的工作频率是很高的,那么通过变压器的初级绕组N1中的300V直流电压就变成了脉动的交变电压,前面说过,变压器的绕组必须在有变化的磁通中,才会有感应电压的产生,那么在本电路中,变压器的次级绕组就会有感应的交流电压产生,而单独给变压器的初级绕组加个300V直流电压,变压器是不能产生感应电压的,这也是开关电路能把直流逆变为交流的原因所在。
在这里,当开关管Q交替工作在饱和导通或者截止状态时,就相当于机械开关K处在“开”通(合上)或者“关”断(断开)状态,把这个工作在“开”,“关”状态的三极管Q就叫做开关管。开关管本身就是三极管,工作方式只有两种,完全导通状态或者完全截止状态,实际上从截止状态到导通状态要快速的跃过放大区的,讨论开关电路可以忽略不计。
从上面可以看出,用三极管做开关管有以下几个优点:
(1):开通或者关断的工作频率很高,普通的机械开关是做不到的。
(2):开关管在开通,关断过程中无触点,无火花,寿命长,故又称为电子开关。
(3):开关管的导通或者截止是要受其基极B的命令的,因之可以利用B极的小电压和小电流信号,去控制集电极的高电压和大电流,容易实现自动化控制。
在电子稳压电路中,三极管因为工作在开关状态而被称为开关管,这种以开关管为主做成的稳压电路称为开关电路,利用开关电路做成的电压转换电源器称为开关电源。
在PC电源中,常常接触到的开关管多是功率型的NPN型三极管,功率型的开关管封装型式多是TO-220 和TO-3及以上,型号有J5027,J13007,J13009……一般面对商标字正面,引脚朝下,从左到右各电极依次是B极,C极,E极,且中间的C极和管子的本体散热片是相连的,C极也是正电压端,而开关管外加散热片都要求接地的,因之在管子与外散热片之间加有绝缘片和绝缘胶粒,维修中应注意这一点,全塑料封装的开关管不存在这一点。
小功率的三极管以C3203,C3198,A733,A928为常见的型号,脚位排列,面对商标字正面,引脚朝下,一般从左到右各电极依次是E极,C极,B极,实际中应根据不同的型号做具体的脚位判断。贴片式的三极管以1P( MMBT2222,NPN型),2F( MMBT2907, PNP型)为常见的型号,其脚位排列一般是:面对有字的一面,左下脚为B极,右下脚为E极,上面单独的一脚为C极,这几种小功率的三极管可用在小电压,小电流场合做开关管,比如控制VCC电压的通断,控制驱动信号的有无,控制风扇电压的高低等。
开关管损坏后,多表现为C-E极之间击穿,严重的,管脚打火烧断或是管壳炸裂,有些管子是因为与散热片之间的绝缘材料破损,而引起打火,烧毁保险丝。对于损坏的开关管,应查明损坏原因后方可更换同规格的正品管子。
MOS管做开关管
三极管是用电流型控制的半导体器件,而场效应管则是用电压型控制的一种半导体器件,MOS管是场效应管的一种,它分为P沟道和N沟道型,也是三个引脚,控制栅极G ,漏极D和源极S,可以这样理解,MOS管的G极相当于三极管的B极,其D极相当于三极管的C极,S极相当于三极管的E极,其实物和电路符号表示如下图:
在PC电源适配器、手机电源适配器中,常用N沟道的MOS管做为开关管使用。如下图,大概可以看出,MOS管在做开关管时,和NPN 型三极管在做开关管时的用法基本相似,参照前面三极管部分的内容,只是MOS管在应用时,要在其源极S与地之间串一个阻值很小的电流检测电阻,称为Sense电阻,这一点很重要。
MOS管由于导通后,其D-S之间的压降,比三极管的C-E之间的压降小,阻值低,管子损耗小等优点,常常用在PC电源的有源PFC电路中做开关管,称为PFC开关管,在正激式电源中,主开关管也多采用的是MOS管。
MOS管封装型式多是TO-220,TO-247 和TO-3的,型号有7N80,9N90,K2837等等,一般面对商标字正面,引脚朝下,从左到右各电极依次是G极 ,D极, S极,且中间的D极和管子的本体散热片是相连的,D极也是正电压端,而MOS管的外加散热片都要求接地,因之在管子与外散热片之间加有绝缘片和绝缘胶粒,维修中应注意这一点,全塑料封装的MOS管不存在这一点,贴片式的MOS管,对于PC电源中用到的,多数引脚排列是,面对有字的这一面,左下脚为G极,右下脚为S极,上面单独的一脚为D极。
对于PC电源中用到的MOS管,其损坏的判断,可用数字万用表的二极管档测量,一般良品管子,其S极对D极,应为PN结的压降值,即红表笔接S极,黑表笔接D极,有0.5V左右的压降,其它各极间都没有压降值的,刚通电工作过了的MOS管,其S极与D极之间的阻值很低,近似于短路状态,要等一会儿恢复后再测试,才会是正常的,这是MOS管的特点,维修中应注意,MOS开关管的损坏,与三极管做开关管时的损坏现象很相似,多为D极到S极之间击穿,其它各引脚也有击穿的,对于损坏的管子,应查明损坏原因后方可更换同规格的正品管子。更换新品时尽量不要用手去触摸管子的各个引脚,以免静电损伤,焊接时也应先焊S极,因为S 极在电路上是接地的,以防电路中有储存的电荷损伤MOS管。





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