电动车维修技巧九章电动自行车常用件.doc

九章电动自行车常用件 电动自行车电气部分包括电池、控制器、充电器和电动机四大部分，每个部件又由多种部件构成，下面介绍一些电动自行车常用件的原理工作特性，检测方法代换件及改造等。 第一节场效应晶体管 电动自行车所有的控制器均采用场效应晶体管作输出电路，单端变换式充电器中也采用场效应晶体管作电子开关管，场效应晶体管是电动自行车中最主要的关键件之一。 场效应晶体管（FET Fied Effect Transistor）也是一种具有PN结的半导体器，它利用电场的效应来控制电流，故以此命名；场效应晶体管依靠多数载流子的运动来实现导电的器件，所以场效应晶体管又叫单极型晶体管。 和双极型三极管相比较，场效应晶体管（FET）即有重量轻、体积小，耗电省，寿命长等优点，又具有输入阻抗较高，级间可以直接耦合，串并联方便，驱动电路简单等电气特性。 场效应晶体管分为两大类：一类叫做结型场效应晶体管（J~FET），它的优点是可靠性高，抗辅射能力强和噪声系数低；另一类叫做金属—氧化物—半导体场效应晶体管（M0S—FET），叫绝缘栅型场效应晶体管，或简称MOS管（Metal~Oxide~Simiconductor），它的优点是输入阻高极高，便于直接耦合，容易构成集成电路等。电动自行车所用场效应晶体管是，本节主要介绍的工作原理、特性、主要参数、检测方法。 一、绝缘栅型场效应晶体管的基本结构及工作原理 图9~1~1是N沟道增强型 MOS管的结构示意图。通过光刻、扩散的方法或其他手段，在P型衬底（基片）上制作出两个N型区，分别叫做源极和漏极，同时在源极和漏极之间的氧化层（SiO2）上制作一个金属电极—栅极，这样就得到一个金属—氧化物—半导体场效应晶体管。因其栅极制作在绝缘的氧化层上，所以又称绝缘栅型场效应晶体管。 由于氧化层中正电荷的存在，使氧化层下面硅感应出负电荷，从而使硅表面产生原始沟道，金属栅与绝缘的氧化层和半导体沟道构成一个电容器，金属面为顶板，衬底材料为底板。如果把源极S和衬底接地，并在栅极G 加上正电压VGS。如果把源极S和衬底接地，并在栅极G上加正电压VGS即在栅极和衬底之间形成的电容上加正电压，则在衬底的表面将感应出负电荷来。当栅极电压大于某一临界值以后，便可以感受应出足够的负电荷，在衬底表面形成一个N型成（也称反型成）从而把源极S和漏极D连接起来，如图9-1-1（a）所示。我们把这个反型成叫做导电沟通，而把开始形成导电沟道所需要的栅极电压VGS叫做开启电压，并用VT表示。随着VGS的继续增加，导电沟通也相应地加宽。在图1.4.1（a）的例子中，因为导电沟道是N型的，所以把这种MOS管称为N沟道MOS管。图9-1-1（C）是它的符号，B表示衬底，箭头由P型衬底指向N型沟道。栅极的引线可以画在栅极中央，也可以画在靠近源极一端。有时也采用简化的画法，不画出衬底，这时应理解为衬底和源极S是连在一起的。源极上的箭头表示电流的方向是从源极流出的。 若在漏极D上也加上正电压VDS，那么在源极与漏极之间将有漏极电流ID流通，而且ID随VDS而增加。由于LD的流通，必将沿沟道方向产生压降，所以越是接近漏极一端电位越高。当VDS增加到使VGD≤V以后，不足以在漏极附近产生导电沟道，于是MOS管的导电沟道在漏极附近处于“夹断”状态，如图9-1-1（b）所示。通常把VGD＞VT的工作区域叫做MOS管的非饱和区，而把VGD＜VT的工作区域叫做饱和区。 通常把MOS管的漏极D和源极S当作一个受栅极电压控制的开关使用，即当VGS＞VT时，漏极D与源极S之间只有几百欧姆的电阻，相当于开关闭合；而VGS＜VR时，漏极D与源极S之间为反向PN结所隔开，就如同开关断开一样。 二、MOS管的漏极特性及转移特性 把ID与VDS的关系以曲线表示出来，就得到图9-1-2（ａ）所示的漏极特性曲线。图中虚线左边的区域为特性曲线索非饱合区，ＩＤ随ＶＤＳ而增加；虚线右边区域为饱合区，在ＶＤＳ固定以后，ＩＤ基本上不随ＶＤＳ而改变。饱合区与非饱合区的分界线满足ＶＧＤ＝Ｖｒ或用ＶＧＳ及ＶＤＳ表示为ＶＤＳ＝ＶＧＳ－Ｖｒ　 三、ＭＯ管的输入阻抗 由于二氧化硅是很好的绝缘物质，所以栅极几乎不取电流，输入电阻极高（一般在10Ω以上），在直流工作状态下接近于开路，相比之下MOS管的输入电容则是比较大的，因为栅极下面SiO２层的厚度仅为零点几微米，所以栅极的输入电容的数值可以达到几微微法。而且由于栅极的输入电阻极大，这个电容上的电荷能较长时间的保存下来，我们可以利用这一特点，把信号暂存到MOS管的输入电容上，组成各种动态逻辑电路。但是栅极电容上的电荷不易泄漏掉也带来了一个不利的后果，这就是如果由于外界静电感应而在栅极上产生了静电电荷，则往往会在栅极上产生极高的电压，因而造成栅极氧化层的击穿，