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                用作電子開關的三極管和MOS管


                因為NPN型的三極管在共發射極電路中使用時,其C極要求接的是電源的正端,E極要求接的是電源的負端,B極要求在正向偏壓時管子才工作,所以在PC電源中,開關電路都是以NPN型三極管的共發射極電路出現的,因之開關管都選用NPN型的三極管,正好能滿足電路的供電要求和工作特性:
                我們先看下面這個簡單的電路例子,右面的電路部分等效于左面的電路部分:
                當圖中的NPN型三極管Q,由于B極接到指令而工作在飽和導通狀態時,C極與E極完全導通,近似直通線路,三極管Q的C極與E極就相當于一個機械開關K合上了,+300V的電壓經過變壓器T的初級繞組N1,三極管Q的C極和E極后回到300V的負端即地端,構成一個回路,就相當于直接給變壓器的初級繞組N1兩端加了一個300V的電壓,那么變壓器的初級繞組N1中就有電流流過,變壓器就能工作;而當三極管Q截止時,就相當于這個機械開關K斷開,很簡單,變壓器的初級繞組N1中就沒有電流流過了,變壓器也就不能工作。
                當該三極管Q交替工作在飽和導通或者截止狀態時,而其導通或者截止的工作頻率是很高的,那么通過變壓器的初級繞組N1中的300V直流電壓就變成了脈動的交變電壓,前面說過,變壓器的繞組必須在有變化的磁通中,才會有感應電壓的產生,那么在本電路中,變壓器的次級繞組就會有感應的交流電壓產生,而單獨給變壓器的初級繞組加個300V直流電壓,變壓器是不能產生感應電壓的,這也是開關電路能把直流逆變為交流的原因所在。
                在這里,當開關管Q交替工作在飽和導通或者截止狀態時,就相當于機械開關K處在“開”通(合上)或者“關”斷(斷開)狀態,把這個工作在“開”,“關”狀態的三極管Q就叫做開關管。開關管本身就是三極管,工作方式只有兩種,完全導通狀態或者完全截止狀態,實際上從截止狀態到導通狀態要快速的躍過放大區的,討論開關電路可以忽略不計。
                從上面可以看出,用三極管做開關管有以下幾個優點:
                (1):開通或者關斷的工作頻率很高,普通的機械開關是做不到的。
                (2):開關管在開通,關斷過程中無觸點,無火花,壽命長,故又稱為電子開關。
                (3):開關管的導通或者截止是要受其基極B的命令的,因之可以利用B極的小電壓和小電流信號,去控制集電極的高電壓和大電流,容易實現自動化控制。
                在電子穩壓電路中,三極管因為工作在開關狀態而被稱為開關管,這種以開關管為主做成的穩壓電路稱為開關電路,利用開關電路做成的電壓轉換電源器稱為開關電源。
                在PC電源中,常常接觸到的開關管多是功率型的NPN型三極管,功率型的開關管封裝型式多是TO-220 和TO-3及以上,型號有J5027,J13007,J13009……一般面對商標字正面,引腳朝下,從左到右各電極依次是B極,C極,E極,且中間的C極和管子的本體散熱片是相連的,C極也是正電壓端,而開關管外加散熱片都要求接地的,因之在管子與外散熱片之間加有絕緣片和絕緣膠粒,維修中應注意這一點,全塑料封裝的開關管不存在這一點。
                小功率的三極管以C3203,C3198,A733,A928為常見的型號,腳位排列,面對商標字正面,引腳朝下,一般從左到右各電極依次是E極,C極,B極,實際中應根據不同的型號做具體的腳位判斷。貼片式的三極管以1P( MMBT2222,NPN型),2F( MMBT2907, PNP型)為常見的型號,其腳位排列一般是:面對有字的一面,左下腳為B極,右下腳為E極,上面單獨的一腳為C極,這幾種小功率的三極管可用在小電壓,小電流場合做開關管,比如控制VCC電壓的通斷,控制驅動信號的有無,控制風扇電壓的高低等。
                開關管損壞后,多表現為C-E極之間擊穿,嚴重的,管腳打火燒斷或是管殼炸裂,有些管子是因為與散熱片之間的絕緣材料破損,而引起打火,燒毀保險絲。對于損壞的開關管,應查明損壞原因后方可更換同規格的正品管子。
                MOS管做開關管
                三極管是用電流型控制的半導體器件,而場效應管則是用電壓型控制的一種半導體器件,MOS管是場效應管的一種,它分為P溝道和N溝道型,也是三個引腳,控制柵極G ,漏極D和源極S,可以這樣理解,MOS管的G極相當于三極管的B極,其D極相當于三極管的C極,S極相當于三極管的E極,其實物和電路符號表示如下圖:
                在PC電源適配器、手機電源適配器中,常用N溝道的MOS管做為開關管使用。如下圖,大概可以看出,MOS管在做開關管時,和NPN 型三極管在做開關管時的用法基本相似,參照前面三極管部分的內容,只是MOS管在應用時,要在其源極S與地之間串一個阻值很小的電流檢測電阻,稱為Sense電阻,這一點很重要。
                MOS管由于導通后,其D-S之間的壓降,比三極管的C-E之間的壓降小,阻值低,管子損耗小等優點,常常用在PC電源的有源PFC電路中做開關管,稱為PFC開關管,在正激式電源中,主開關管也多采用的是MOS管。
                MOS管封裝型式多是TO-220,TO-247 和TO-3的,型號有7N80,9N90,K2837等等,一般面對商標字正面,引腳朝下,從左到右各電極依次是G極 ,D極, S極,且中間的D極和管子的本體散熱片是相連的,D極也是正電壓端,而MOS管的外加散熱片都要求接地,因之在管子與外散熱片之間加有絕緣片和絕緣膠粒,維修中應注意這一點,全塑料封裝的MOS管不存在這一點,貼片式的MOS管,對于PC電源中用到的,多數引腳排列是,面對有字的這一面,左下腳為G極,右下腳為S極,上面單獨的一腳為D極。
                對于PC電源中用到的MOS管,其損壞的判斷,可用數字萬用表的二極管檔測量,一般良品管子,其S極對D極,應為PN結的壓降值,即紅表筆接S極,黑表筆接D極,有0.5V左右的壓降,其它各極間都沒有壓降值的,剛通電工作過了的MOS管,其S極與D極之間的阻值很低,近似于短路狀態,要等一會兒恢復后再測試,才會是正常的,這是MOS管的特點,維修中應注意,MOS開關管的損壞,與三極管做開關管時的損壞現象很相似,多為D極到S極之間擊穿,其它各引腳也有擊穿的,對于損壞的管子,應查明損壞原因后方可更換同規格的正品管子。更換新品時盡量不要用手去觸摸管子的各個引腳,以免靜電損傷,焊接時也應先焊S極,因為S 極在電路上是接地的,以防電路中有儲存的電荷損傷MOS管。





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