汽车电工电子基础(第二版) 7.2 场效应管控制电磁阀

要解释MOS场效应管的工作原理，我们先复习一下仅含有一个P— N结的二极管的工作过程。如图所示，我们知道在二极管加上正向电 压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。 这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而 涌向加有正电压的P型半导体端，而P型半导体端内的正电子则朝N型 半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压 （P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电 子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动， 其PN结没有电流通过，二极管截止。
（a）截止状态
（b）导通状态
对于场效应管，在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏 极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态。当有一个正电压 加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的 源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使 得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中。从而形成电流，使源极和 漏极之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之间为一条沟，栅极电 压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥的大小由栅压的大小决 定。图8-12给出了P沟道的MOS 场效应管的工作过程，其工作原理类似N 沟道MOS管。
1.2.场效应管的分类
场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘 栅场效应管（MOS管）两大类。
2.场效应管的工作原理
我们以增强型MOS 场效应管为例，它可分为NPN型和PNP型。NPN型 通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效 应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极 和漏极则接在P型半导体上。我们知道三极管是由输入的基极小电流控 制输出的集电极大电流，但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压 （或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该 器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。
有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活 性比晶体管好。
场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工 艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规 模集成电路中得到了广泛的应用。
4.场效应管与三极管的各自应用特点
1.场效应管的源极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。
7.三极管导通电阻大，场效应管导通电阻小，只有几百毫 欧姆，在现在的用电器件上，一般都用场效应管做开关来用， 它的效率是比较高的。
5.项目实施
（1）任务布置
1）三极管元件的认知和测量。 2）三极管电流放大特性实训。 3）三极管控制电磁阀开关电路。 4）达林顿管驱动电路实训。
（2）任务准备
需要准备以下器材。
5.场效应管在源极水与衬底连在一起时，源极和漏极可以 互换使用，且特性变化不大；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.场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开路电路， 但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作 电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集 成电路中。
2.场效应管是电压控制电流器件，由VGS控制iD，其放大 系数gm一般较小，因此场效应管的放大能力较差；三极管是 电流控制电流器件，由iB（或iE）控制iC。
3.场效应管栅极几乎不取电流；而三极管工作时基极总 要吸取一定的电流。因此场效应管的输入电阻比三极管的输 入电阻高。
4.场效应管只有多子参与导电；三极管有多子和少子两种 载流子参与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大， 因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环 境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。
项目七：汽车执行器与控制
7.2 场效应管控制电磁阀
1 场效应管的简介和分类 2 场效应管的工作原理 3 场效应管的使用优势 4 场效应管与三极管的各自应用特点 5 实施项目
1.场效应管的简介和分类
1.2场效应管的简介
场效应晶体管，简称场效应管，由多数载流子参与导电，也称 为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高、 噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安 全工作区域宽等优点。
（a）截止状态
（b）导通状态
对于场效应管，在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极 与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态。当有一个 正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N 型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化 膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中，从而形成 电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想像为两个N型半导体之 间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥 的大小由栅压的大小决定。下图给出了P沟道的MOS 场效应管的工作 过程，其工作原理类似N沟道MOS管。
（a）截止状态
（b）导通状态
3.场效应管的使用优势
场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从 信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允 许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。
场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体 管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电，被称之为双可调锂电池模块 积木连线实训板
场效应管元件板 场效应管驱动板 场效应管特性板 场效应管元件板
电流电压表积木板 电磁阀特性实训板
连接导线
（3）任务步骤 1）场效应管的认知与测量。
步骤
图示
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工作页
读识积木板上的元件图，场效应管型号分 别 为 __________ 、 __________ ； 其 中 _________ 是 N 沟 道 管 ； _________ 是 P 沟 道 管 。 场 效 应 管 的 三 个 电 极 分 别 是 _________ 、 _________、_________。