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方波信号可以直接驱动场效应管吗?方波信号的作用?

作者:电气设备网
文章来源:本站

  方波信号可以直接驱动场效应管,见下图所示。

  现在玩电子元器件制作比较便宜、易购。自己DIY购买电子元器件及万能板,将元器件按照图纸上连接,用示波器看一看555的3脚输出方波信号图形及方波频率,调整R10K电阻,使555时基电路的输入DIST 7脚电压变化,内部的晶体管与外接振荡电容形成充放电波形。通过DIY,知道MOS管驱动与双极性晶体管相比,一般认为使MOS管导通不需要电流,只要GS电压高于一定的值,就可以了。这个很容易做到,但是,我们还需要速度。在MOS管的结构中可以看到,在GS,GD之间存在寄生电容,而MOS管的驱动,实际上就是对电容的充放电。对电容的充电需要一个电流,因为对电容充电瞬 间可以把电容看成短路,所以瞬间电流会比较大。选择/设计MOS管驱动时第一要注意的是可提供瞬间短路电流的大小。

  朋友们好,我是电子及工控技术,我来回答这个问题。要看方波信号是不是能够直接驱动场效应管,那么我们就要先了解场效应管的一些特点,然后针对场效应管的特点去选配方波信号产生电路。

  场效应管是一个输入电阻很高的电压控制型器件,它可分为结型场效应管(FET)和绝缘栅型场效应管(MOSFET),在实际应用中绝缘栅型场效应管使用最广泛,在这里我主要说一下增强型的NMOS场效应管,这种类型的管子在实际应用电路中是最为常见的。对于这种增强型场效应管要使它导通一定要在栅极G和源极S之间加一个正向的电压才可以,也就是说Ugs这个电压要大于零,并且要有一定的电压值才能使这个场效应管充分导通,其元件符号和工作结构示意图如下图所示。

  方波信号产生电路可以用分离元件实现,也可以用集成电路实现,我们最常用的是一种名叫NE555集成定时器芯片通过外围的一些电阻和电容构成一个方波产生电路,这种芯片的工作电压范围比较宽,从1.5伏到16V都可以工作。为了使NE555芯片的第三脚能够输出一定功率的方波驱动信号,最好给这个芯片加12V伏的电压,这样第三脚就可以输出大约8V的电压了,当输出高脉冲的时候就可以使场效应管充分得到导通。其工作原理图如下图所示的那样。

  方波信号直接驱动场效应管的例子在实际电路中有很多的应用。比如在电磁炉中为了使绝缘栅管IGBT工作在振荡状态,那么就需要一个能够产生方波的电路去直接驱动绝缘栅管IGBT的栅极G。在修电瓶车充电器时,所用的振荡管也是场效应管,它是由电源管理芯片UC3842第6引脚输出PWM波形去驱动场效应管,使它产生振荡,为高频变压器提供高频脉冲电压,如下图所示。

  还有就是在变频器中的六个逆变管绝缘栅管IGBT也是有方波电路直接驱动的,类似这种电路例子还有很多。

  我们通过介绍可以看出,只要方波信号功率达到使场效应管导通的要求,是可以直接驱动场效应管的,以上就是我对这个问题的看法。欢迎朋友们参与讨论,敬请关注电子及工控技术,感谢点赞。

  场效应管是电压控制元件,相对于电流控制元件,容易驱动一些。

  但是随输出功率的不同,驱动电压也是不同的。

  定量设计时,应该让驱动电压稍高一些。以保证功率级有足够的输出和大的动态。

  一般的方波发生器电路驱动单支场效应管都无问题。

  场效应管是一种电压控制器件,只要前级电路输出的电压幅度足够大,便可以直接驱动场效应管工作,故方波信号的幅度若能够满足要求,是可以直接驱动场效应管工作的,若方波信号的幅度较小,则需加一级三极管放大电路来增幅,然后才能驱动场效应管工作。下面我们详细介绍一下方波信号驱动场效应管时需要注意的几个问题。

  ▲简单的场效应管开关电路。

  场效应管是一种电压控制器件,其直流输入电阻极高,一般都在吉欧级以上,工作时所需的驱动电流远小于双极型三极管,但这种器件对驱动电压的幅度要求较高,像8N50、IRF540(见下图)这类大功率场效应管,它们一般约需10V左右的驱动电压方能充分饱和导通,即使像AO3401、SI2302这类低开启电压的管子,一般也需4~5V的驱动电压才能充分饱和,故若想用方波信号直接驱动场效应管工作,其幅度必须能够满足驱动要求。

  ▲大功率N沟道场效应管IRF540。

  若方波发生器电路的输出幅度较小,直接驱动场效应管,可能无法使管子饱和导通,此时可以按下图所示电路,加一级三极管放大电路,通过该电路去驱动场效应管工作。

  ▲三极管放大电路。

  上图中,NPN型三极管的供电电压选用12~15V,场效应管的栅极直接接NPN管的集电极,幅度较小的方波信号通过1KΩ电阻加至三极管的基极,这样三极管的集电极便可以输出幅度足够大的信号驱动场效应管工作。

  ▲简单的矩形波发生器电路。

  在用矩形波或方波信号驱动场效应管工作时,不仅对其幅度有要求,一般还要求这些波形的上升沿或下降沿陡直,这样可以避免场效应管较长时间的停留在线性放大区。像上图所示的简单波形发生器电路,其输出波形的上升沿或下降沿不够陡直,若用这类信号直接驱动场效应管工作,会使管子较长时间的停留在线性放大区,此时场效应管漏源两极之间的管压降会显著增大,若其漏极负载电流较大,管子将会发热。

  ▲555构成的矩形波发生器电路。

  NE555是一款用途广泛的双极型555时基IC,其工作电压范围为5~16V,并且带负载能力强,输出电流及灌入电流皆可达200mA。在其外围接少量的电阻、电容等元件,使其工作于无稳态工作模式,即可产生矩形波及方波等波形。由于NE555的高频性能良好,其输出波形的上升时间及下降时间只有100nS,故NE555构成的方波发生器可以输出边沿陡直的方波信号,只要该信号幅度足够大,即可直接驱动场效应管工作。

  ▲NE555驱动场效应管的电路。

  上图中的NE555与外围的R1、C1及D1、D2等元件一起组成一个占空比可调的矩形波发生器,合理选用外围元件,本电路即可输出占空比为50%的方波信号。为了提高输出信号的幅度,本电路采用12V直流电源供电,这样在驱动BUZ11这类场效应管时,其输出信号幅度不低于11.5V,足可以驱动场效应管使其饱和。

  场效应管与NE555电路连接时,只要在其栅极接一个数十~数百Ω的电阻即可。NE555的输出端③脚输出高电平时,其幅度不低于11V,场效应管BUZ11饱和导通,其漏极负载工作;当NE555的③脚输出低电平时,其幅度只有零点几伏,BUZ11截止,漏极负载停止工作。

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  对于NE555驱动场效应管,是否需要增加外围元件,主要需要考虑两个问题。

  从上图,是用NE555驱动场效应管,控制电机转速的一个电路图。

  对于场效应管的栅极(G)来说,得到的驱动电压和电流,取决于NE555的8脚,供电电压。

  这是因为,NE555的3脚,高电平时的输出电压,是接近8脚的供电电压的。

  不同型号的场效应管,栅极(G)的工作电压有一定差别,还有差别的是,栅极的电容量。

  因为,场效应管,是电压型驱动元件,它的控制极,栅极的特性是一个电容。

  因此,栅极,就存在耐压和电容量两个参量。也可以把栅极看做是一个,有一定耐压的小容量电容。

  所以,我们在驱动场效应管的时候,就要考虑栅极的驱动电压,和这个小电容的充放电的电流。

  从上面的电路图来看。

  场效应管的栅极(G)与NE555的3脚之间,只有一个47欧姆的电阻。

  这个电阻就是用来控制栅极充放电电流的,如果不加,可能会产生过大的,电压上升预冲尖峰,就存在损坏栅极的风险。

  有了47欧姆的限流电阻以后,电压上升的预冲就会小很多。

  如果,使用的场效应管的栅极电压很低,不能承受12V的电压,那么,驱动电路,除了这个47欧姆的限流电阻,还需要,串联分压电阻,让NE555的3脚输出的,接近12V的电压,降低到场效应管栅极能够承受的电压。

  总之。

  在确定了NE555的供电电压,和场效应管的型号以后,要做到可靠驱动,对栅极,要合理限流,控制最高电压,同时配合示波器观察,在高频驱动时,如果有不需要的谐波产生,还需要对栅极的驱动电路,进行合理的滤波,以便达到设计的驱动特性。

  NE555发出的方波信号可以驱动场效应管,怎么驱动呢?我们先了解一下NE555和场效应管的工作原理和特性就明白了。

  555定时器可工作在三种工作模式下:

  1、单稳态模式:在此模式下,555功能为单次触发。应用范围包括定时器,脉冲丢失检测,反弹跳开关,轻触开关,分频器,电容测量,脉冲宽度调制(PWM)等。

  2、无稳态模式:在此模式下,555以振荡器的方式工作。这一工作模式下的555芯片常被用于频闪灯、脉冲发生器、逻辑电路时钟、音调发生器、脉冲位置调制(PPM)等电路中。如果使用热敏电阻作为定时电阻,555可构成温度传感器,其输出信号的频率由温度决定。

  3、双稳态模式(或称施密特触发器模式):在DIS引脚空置且不外接电容的情况下,555的工作方式类似于一个RS触发器,可用于构成锁存开关。

  根据555定时器的三种工作模式得知,只有在无稳态工作模式下555定时器可输出连续的特定频率的方波。如下图所示:电阻R1接在VCC与放电引脚(引脚7)之间,另一个电阻(R2)接在引脚7与触发引脚(引脚2)之间,引脚2与阈值引脚(引脚6)短接。工作时电容通过R1与R2充电至2/3VCC,然后输出电压翻转,电容通过R2放电至1/3VCC,之后电容重新充电,输出电压再次翻转。

  对于双极型555而言,若使用很小的R1会造成OC门在放电时达到饱和,使输出波形的低电平时间远大于上面计算的结果。

  为获得占空比小于50%的矩形波,可以通过给R2并联一个二极管实现。这一二极管在充电时导通,短路R2,使得电源仅通过R1为电容充电;而在放电时截止以达到减小充电时间降低占空比的效果。

  以下为NE555的电气参数

  供电电压(VCC) 4.5-16 V

  额定工作电流(VCC= +5 V) 3-6 mA

  额定工作电流(VCC= +15 V) 10-15 mA

  最大输出电流 200 mA

  最大功耗 600mW

  最低工作功耗30mW(5V)225mW(15V)

  温度范围 0-70°C

  场效应管具有如下特点。

  (1)场效应管是电压控制器件,它通过VGS(栅源电压)来控制ID(漏极电流);

  (2)场效应管的控制输入端电流极小,因此它的输入电阻(107~1012Ω)很大。

  (3)它是利用多数载流子导电,因此它的温度稳定性较好;

  (4)它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数;

  (5)场效应管的抗辐射能力强;

  (6)由于它不存在杂乱运动的电子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低。

  场效应管是较新型的半导体材料,利用电场效应来控制晶体管的电流,因而得名。它的外型也是一个三极管,因此又称场效应三极管。它只有一种载流子参与导电的半导体器件,是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分,它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应三极管的结构来划分,它有结型场效应三极管和绝缘栅型场效应三极管之分。

  NE555最大输出电流有200mA,如果你的mos的开启电压Vth小于你NE555的VCC的话,直接在MOS管G级串一个1kΩ电阻驱动即可。当然最好并一个1nf电容到地。如果大功率需加预驱动电路。总之,要做到可靠驱动,对栅极,要合理限流,控制最高电压,同时配合示波器观察,在高频驱动时,如果有不需要的谐波产生,还需要对栅极的驱动电路,进行合理的滤波,以便达到设计的驱动特性。

  方波信号当然可以直接驱动场效应管,前提是:

  1.方波电压的幅度必须大于场管导通电压,保证场管处于开关状态。

  2.频率如果大到GS间结电容导致方波严重畸变的程度,必须加图腾柱之类的缓冲驱动电路,不然场管发热严重。

  VMOS场效应管若作开关使用,驱动电压必须要足够高,一般方波峰值要达到7.5V左右。所以用NE555的3号脚驱动完全可以,但555本身的供电V+要达+10V才可靠理想。还有一点要注意,VMOS管输入电容很大2000pF左右,所以高频时输入阻抗(容抗)很低,所以要电压源励激,关断时又得把G极的正电荷快速拉出来。

  在小功率管低频应用时可行,因大功率绝缘栅场管,因栅极绝缘的缘故,极间有较大的济生分布电容,这样导通驱动信号受此影响会畸变,使导通延时,功率管会长时间处于过渡期,严重发热,关断时因电容上的电荷无处洩放而延时,甚至关断失败,所以必须有一电路辅助之

  方波信号是可以直接驱动场效应管。首先,要满足两个条件:一是,驱动信号的振幅条件。就是输出方波的电平值要达到相应的数值;其次,要在场效应管的频率特征工作范围内,就是方波输出信号频率不能高于管工作频率。

  

方波信号可以直接驱动场效应管吗?方波信号的作用?

  

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