第28卷 第1期Vol 128 No 11材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering 总第123期Feb.2010
文章编号:167322812(2010)0120076206
厚壁方矩形管冷弯效应对比分析
胡盛德,李立新,周家林,张 恒,黄 宁
(武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,材料与冶金学院,湖北武汉 430081)
【摘 要】 为了对厚壁型钢管的冷弯工艺改进、性能分析、结构强度设计和数值模拟结果的验证提供重要依据,进行了冷弯厚壁钢管上截取的平板件、弯角件、母材和相应方、矩形截面短柱的力学性能试验研究,获得了短柱全截面屈服强度相对于母材强度的提高值。分别运用北美等国厚壁冷弯型钢规范、国内薄壁冷弯型钢规范以及相关文献中的修正规范,对我国厚壁冷弯方矩形型钢管全截面强度进行设计和对比分析。结果表明:因冷弯工艺不同,国外公式计算的结果高于国内短柱实测值,国内厚壁冷弯型钢的强度设计不能照搬现有的国外厚壁冷弯型钢设计规范;国内薄壁公式能否适用要视型钢的冷作硬化效应程度决定;原料的强屈比和冷弯应变程度越大,则冷作硬化效应越大;焊接热使板件受到低温“退火”的作用不可忽略,其常常导致竖直配辊冷弯厚壁矩形型钢时,两竖直侧平板件强度低于母材。
【关键词】 厚壁方矩形管;冷弯成型;力学性能;冷作硬化效应;结构强度设计中图分类号:TU398 文献标识码:A
收稿日期:2009207230;修订日期:2009209222
基金项目:钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室开放基金资助项目(FMRU2007Y01);武汉科技大学引进人才及科研启动费资助项目(01020801)
作者简介:胡盛德(1972-)男,副教授,博士,主要研究方向:冷弯型钢、材料深加工、材料成型过程数值模拟。E 2mail :adhello @https://www.doczj.com/doc/fb627269.html, 。
Comparative analysis on Strain H ardening of Thick 2w all Cold
Formed Steel Tube with Squ are and R ectangular H ollow Section
HU Sheng 2de ,L I Li 2xin ,ZH OU Jia 2lin ,ZHANG H eng ,HUANG Ning
(K ey Laboratory for Ferrous Metallurgy and R esources Utilization of Ministry of Education ,
College of Materials &Metallurgy ,Wuhan U niversity of Science and T echnology ,Wuh an 430081,China)
【Abstract 】 In order to p rovide important data for technology imp rovement ,character analysis ,st ruct ural st rengt h design and validation of numerical simulatio n of t hick 2wall cold formed steel t ube ,experiment s concerning on mechanical properties of t he flat portion ,corner portion ,virgin steel and f ull section st ub columns were performed.Increased yield value of t he whole cross section of st ub columns caused by strain hardening was obtained accordingly.
St rengt h gain from cold work was calculated by consulting t he
specifications in Nort h American ,China and reference [5]for t he design of t he cold formed steel st ruct ural members https://www.doczj.com/doc/fb627269.html,parative analysis was carried out o n t he calculated and measured strengt h values.Result s show t hat t he calculated st rengt hs of st ub columns by t he specification made abroad are higher t han t he experimental data.This mainly owes to t he difference of cold 2forming technology between home and abroad.Specification established by Nort h American isn ’t applicable for t hick 2wall cold formed steel t ube in China ,while whet her t hat established by China can be directly applied to t hick 2wall cold 2formed steel t ube depends on st rain hardening of t he t ube.The bigger ratio of st rengt h to yield st rengt h of virgin steel and deformation are ,t he bigger st rain hardening is.Heating effect on t he flat portion induced by welding usually reduces tensile st rengt h of t he flat portion bilateral to a value lower t han t hat of virgin steel for vertically cold 2formed t hick 2
wall rectangular steel t ube ,and t his can ’t be ignored.
【K ey w ords 】 t hick 2wall steel t ube wit h square and rectangular hollow sectio n ;cold 2formed ;mechanical
p roperties ;st rain hardening ;st ruct ural st rengt h design
1 前 言
冷弯型钢作为一种形状多样、高效、节能环保型材
而被广泛应用在众多行业的结构件中[1,2]。习惯上将通过冷弯获得的壁厚在6mm 以下型钢称为冷弯薄壁型钢,而6mm 以上的称为冷弯厚壁型钢。近些年来,冷弯后的材料性能和对性能的预报是结构工程领域主要研究课题之一,然而绝大多数是针对薄壁冷弯型钢的研究,关于厚壁冷弯型钢的研究却十分有限[325],国内也没有厚壁型钢结构技术规范。为了对厚壁型钢管的冷弯工艺改进、成品性能分析、结构强度和稳定性设计提供计算依据,本文对断面规格为200×300×9.2和250×250×9.2的方矩形管进行了大量试验,并使
用我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》[6]
和国外厚壁型钢规范分别对本厚壁型钢管全截面的强度进行了计算,对实验和计算结果作了详细的讨论和分析。
2 实验方法
2.1 实验设备
主要试验设备有:WEW 2600微机屏显液压万能
试验机;Z227205三轴应力试验机;SD 2400试样标矩仪;静态应变仪、应变片、位移传感器和位移千分计等。2.2 试样取样、加工及编号
板材试件均采用板状带头长比例形式[7],如图1所示。其中,l 0为试样标距,l 0=11.3F 0;l 为平行长度,试样加工设计取l =l 0+2×20;t 为试样厚度;b 为试样宽度,取30mm ;B 为试样头部宽度,B =b +10;R 为过渡段圆弧半径,取20～40mm ;h 为试样头部长,取60mm ;h 1为圆弧过渡段长度,取15～20mm ;L
为试样总长。
图1 设计试样
Fig.1 Designed specimen
弯角板件均为90度弯曲,弯角试件标距段的设计,与平板试件类似,标距段截面取弯角部分的核心部
位,因此,试验中按照冷弯工艺辊花图,严格设计和控
制弯角板件取样位置和加工余量,确保直边段被截去而弯曲段保留。
所有试件均从生产线上的长型材上锯割下来,再进行加工刨平。截取的试件包括弯角板件、平板板件、方形管短柱和相应的母材板件。弯角和平板件取样位置如图2所示,截面为正对进料方向。加工好的部分平板和弯角试件如图3所示,结果发现:各种板件由于回弹变形,沿长度方向都产生弯曲变形,其中弯角板件和带焊缝板件变形更明显,说明弯角和焊接处的残余应力场大
。
图2 试样取样位置及编号
Fig.2 Specimen
locations and numbering
图3 加工好的部分试样
Fig.3 Finished specimens
3 实验结果分析及讨论
3.1 板件屈服强度比较
本文共进行了两批实验,其中第一批实验带钢原
料相同,但包含两种断面规格,分别用矩1(断面规格为200×300×9.2(mm ))和方1(断面规格为250×250×9.2(mm ))表示;第二批实验矩形钢管实验原料来源不同,用矩2(断面规格为200×300×9.2(mm ))表示。母材沿宽度各取样12个,平板和弯角每个部位取样3个,两种断面短柱各取样3个,总共90个试样。表1为不同批次母材和板件试样屈服强度试验结果,表中强度单位为M Pa 。
?77?
第28卷第1期胡盛德,等.厚壁方矩形管冷弯效应对比分析
表1 不同批次板件试样屈服强度试验结果比较
T able 1 Comparison of yield strengths of the flat and corner specimens among different groups of tests
Specimen Rectangle 2Rectangle 1
Square 1
Virgin steel
326.7363.3
M1495541.7550M2
325336.7388.3Flat M3363.3383.3401.7portion
M4322.5341.8375Mean value 376.4407.5428.7percent increase
15.2%12.2%18%Corner 1536.7530565Corner 2
555.3533.3571.7Corner Corner 3540513.3558.3portion
Corner 4556.7531.7555Mean value 547.2527.1562.5percent
increase
67.5%
45.1%54.8%
由表1可见:①竖直配辊冷弯矩形型钢时,容易造成两竖直侧(M2、M4)平板件强度低于母材,这是因为挤压焊接前该两处几乎无冷作硬化,而焊后的焊接热使板件受到低温“退火”的作用所致。
②同样工艺同样断面下,矩2的冷作硬化效应高于矩1,这是因为矩2母材的强屈比大于矩1母材。
③矩2平板件强度的提高值低于方1,但其弯角板件强度的提高值却大于方1。这说明应变程度越大,强屈比对冷作硬化效应影响越大。3.2 板件塑性比较
表2为不同部位断后伸长率测量的平均结果。 由表2可见:三批试样中带焊缝平板件(M1)的伸长率和弯角板件伸长率的平均值都差不多,平均值11.3左右,相对母材或其他部位来说,塑性过低,这是制约冷弯型钢应用范围扩大的“瓶颈”。
对比表1、2可看出:对同一批原料来说,方形钢的冷作硬化效应高于矩形钢,但方形钢强度的提高是以很大程度牺牲塑性指标为代价的,实际上其通过冷弯获得的综合力学性能的改善不如两批矩形钢。如果用户对交货的强度指标要求不很严格,而对塑性指标最低值有更高的要求,则第一批矩形型钢更合适。3.3 板材试件破坏形式
试验中,所有板件的拉断面都在标距段内,如图4所示,表明实验是比较成功的。图5对比了平板和弯角板件不同的断口。带焊缝平板件和弯角件的断口色泽鲜亮,而不带焊缝的平板件和母材试件的断口则色
表2 不同批次平板和弯角板件伸长率的比较/%
T able 2 Comparison of elongation of the flat and corner
specimens among different groups of tests/%
Specimen Rectangle 2Rectangle 1
Square 1
Virgin steel
26.828.8
M11011.312.5M224.828.220.8Flat
M324.326.323.3portion
M427.32721.8Mean value 21.623.419.6percent increase
19.4%18.8%31.9%Corner 110.811.211.8Corner 2
10.312.510.5Corner Corner 310.213.510.3portion
Corner 49.810.810.8Mean value 10.31210.9percent increase
61.5%
58.3%62.1%图4 部分断后试样
Fig.4 Specimens after failure
图5 各种板件断口比较
Fig.5 Various fractures after failure
泽暗淡无光,显然,断裂前,后者比前者发生了大得多的塑性变形,而前者发生了脆性断裂。3.4 焊缝附近组织分析
焊接接头区是焊接件机械性能最薄弱的环节,要提高焊接件的机械性能,首先就要提高焊接接头的机械性能。为了深入研究冷弯焊接接头的性能,本文对冷弯后焊缝附近显微组织做了金相分析,如图6所示。
图6(a )和图6(b )分别为第一批和第二批试验放大100倍的焊缝及其附近金相显微照片。两图反映出的
焊缝附近组织分布规律基本相同:即焊接接头处的微观组织由脱碳层、过热区、完全重结晶区、不完全结晶
?87?材料科学与工程学报2010年2月
区到母材组织组成。其中脱碳层区和过热区是魏氏体组织,完全结晶区是细小铁素体加珠光体,而不完全重结晶区是晶粒大小不均匀的铁素体加珠光体,母材皆是铁素体加珠光体。焊后空冷造成的粗大晶粒及晶内3～4级魏氏体组织是造成带焊缝平板试件强度高而塑性低的主要原因。要改善此性能,必须进行焊后合适的热处理
。
图6 焊缝附近显微组织
Fig.6 Microscopic structure near t he welded seam
3.5 短柱强度及破坏分析
短柱试件的初始尺寸如表3所示,其中,L为短柱
长度,t为壁厚,R为弯角外半径均值,A和B分别为
短柱外边长,A1～A3为方形钢短柱,B1～B3为矩形
钢短柱。短柱试验在5000KN的压力试验机上进行,
短柱上下端加平板和石英砂找平并保护压头和底座。
短柱压缩后压屈如图7所示。短柱实测强度见表4或
表6,表中矩形钢为第一批材料。实验发现,所有短柱
都在M2或M4的中部或下部首先屈曲,实测的M2
和M4位置平板件的强度也是最低,这说明短柱屈曲
首先发生在全截面最弱的位置,因此,改进工艺提高这
两个位置的强度将有助于短柱全截面强度的提高。
表3 短柱试件初始尺寸
T able3 Initial dimension of stub column specimens
stub column L/mm t/mm A/mm B/mm R/mm
A19109.26250.6250.922.5
A2909.59.24250250.9523
A39109.24249.85251.7523.9
B19099.22200.3300.722.8
B29129.26200.2300.723
B39099.21200.4300.422.4
表4为冷弯后板件强度与短柱强度及其相对于母
材强度提高的比较,Δ为提高百分比。由表可见,两种
断面短柱全截面强度及其提高值接近并略低于平板
件,但都低于弯角板件。对照表1还可知,
短柱强度高
图7 短柱屈曲
Fig.7 Bucking of stub columns
表4 板件和短柱全截面强度提高的比较
T able4 Comp arison of mean2increased yield betw een the
flat,corner specimens and stub column specimens
Nominal dimension of
stub column/mm
Specimen R eL/MPaΔ/%
Virgin steel363.3
Flat portion428.718
250325039.2Corner portion562.554.8
Stub column423.716.6
Flat portion400.910.3
200330039.2Corner portion527.145.1
Stub column393.78.4
于不带焊缝的三个位置平板件强度(表1中的M2、M3
和M4),这三个位置的强度是型钢横断面强度最弱
处,再次说明改善M2、M3和M4位置的强度有助于
型钢全截面强度的提高。
表5为板件强度对面积百分比的加权平均计算结
果,表中C为弯角部分面积百分比,Δ为实测值相对
加权值降低的百分比。可见,两种短柱实测值都比板
件加权值低。矩形短柱的强度实测值低于方形短柱,
这一方面是因为其板件的实际平均强度低于方形钢,
另一方面,矩形钢截面各边相互支撑作用也小于方形
钢,这一点可从矩形钢短柱实测值相对加权值降低百
分比大于方形短柱得到印证。
4 冷弯厚壁型钢管强度设计
4.1 强度设计公式
我国《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(G B500182
2002)中冷弯薄壁型钢的设计公式为[6]
F′=1+
η(12γ-10)t
l
∑n
i=1
θ
i
2π
f(1)
式中:F′—考虑冷弯效应后强度设计值;f—钢材强度
设计值;η—成型方式系数,取值见文献[6],本文为直
?
9
7
?
第28卷第1期胡盛德,等.厚壁方矩形管冷弯效应对比分析
表5 板件强度加权计算值与短柱实测强度的比较
T able 5 Comparison betw een the measured strength of stub column and w eight values of flat portion and corner portion
Nominal dimension of stub column/mm C Strengt h of flat portion/MPa
Strengt h of corner portion/MPa
Weight value/MPa Measured strengt h of stub column/MPa
Δ/%
250325039.20.124477428.7562.5445.3423.7 4.852********.2
0.121861
400.9
527.1
416.2
393.7
5.41
接冷弯成方、矩形管,η=1;γ—钢材的强屈比;n —型钢截面所含棱角数目;t —型钢壁厚;l —型钢截面中心线
的长度;θi —
型钢截面上第i 个棱角所对应的圆心角。美国、澳大利亚等国考虑冷弯厚壁型钢冷作硬化效应的设计规范为[8]
f ya =Cf
yc
+(1-C )f yf (2)
式中:f ya —考虑冷弯效应后强度设计值;C —弯角部分面积与全截面总面积的比值;f yc —弯角部分屈服强度,当f uv /f yv ≥1.2且r i /t ≤7时,f yc
=B c f yv
(r/t )m
;B c —常数,B c =3.69(f uv /f yv )-0.819(f uv /f yv )2-1.79;
m —常数,m =0.192(f uv /f yv )-0.068;f uv 、f yv —母材
的抗拉强度和屈服强度;r —弯角内径均值;t —短柱壁厚;f yf —冷作硬化后平板部分屈服强度。4.2 设计结果及讨论
表6
为短柱强度实测值与按照不同规范设计值的比较。按式(1)计算F ′时不计材料的分项系数,即式中f 取母材屈服强度试验平均值。由表6可见,国内薄壁规范计算结果都略低于短柱实测强度,对方形钢二者比值423.7/393.1=1.08,可直接用于本厚壁方形钢管的强度设计,并且有一定的富余空间;但对矩形钢来说二者比值393.7/393=1.0018太小,安全保证系数不够,用于本厚壁矩形钢管的强度设计时须慎重。对两种断面的型钢管,国内设计值相等,但实测值却相差甚远,这说明设计公式(1)不能考虑到同种原料不同截面形状冷作效应的不同,也不能考虑当型钢截面中心线长度相等时的不同支撑效应对型钢强度的影响。国外厚壁规范计算的结果都高于各自短柱实测值,这主要是因为国内外冷弯型钢工艺不同而造成的冷作硬化效应不相同所致,国内厚壁冷弯型钢的强度设计不能照搬现有的国外厚壁冷弯型钢设计规范。计算表明,公式(2)较公式(1)偏于危险,这与文献[5]中的结论不一致,因为文献[5]中使用公式(1)设计强度时是按照冷弯高频焊圆变方、矩形管来计算的,该工艺为国外常用,而本文为国内常用的直接成方、矩形管的。计算中还发现,按照(2)式计算的弯角部分屈服强度f yc 比实测的方、矩形管弯角部分强度平均值分别要大50M Pa 和85M Pa 左右,说明国内型钢弯角的冷作硬
表6 短柱强度实测与设计值的比较
T able 6 Comparison betw een the measured and designed
values of yield strength of stub columns
Stub column
Measured st rengt h
σdz /MPa
F ′/MPa
f ya
/MPa F ′5
/MPa
A1415.7A2431.9423.7
393.1451.5389.1
A3422.2B1405.3B2387.7393.7393426.2389.1
B3
388.3
化效应不如国外规范中的要求高。
文献[5]根据不同壁厚短柱强度试验值,对公式(1)做了修正,以便用于考虑强度提高的厚壁型钢强度设计,其修正后的计算公式为
F ′5=
1+η(12γ-10)te -0.05t+0.32l ∑n
i =1θi
2
πf (3)公式中符号含义同公式(1)。本文也按照公式(3)进行了计算,见表6中的F ′5。结果表明,通过(3)式修正,强度设计值下降了4M Pa ,对方形钢来说没有修正意义,对矩形钢来说有一定的修正意义,但修正幅度仍不够,因此(3)式更适合厚度在10mm 以上且冷作硬化效应比本文矩形钢还要低的厚壁冷弯型钢强度设计。
5 结 论
1.设计公式(1)不能考虑到同种原料不同截面形
状冷作效应的不同,也不能考虑当型钢截面中心线长度相等时的不同支撑效应对型钢强度的影响。
2.对我国常用的直接成方、矩形管冷弯厚壁型钢,公式(2)的设计强度远高于实测值,公式(1)的设计强度低于实测值,这主要由国内外常用冷弯工艺的不同所导致。
3.原料的强屈比和冷弯应变程度越大,则冷作硬
化效应越大。
4.焊接热使板件受到低温“退火”的作用不可忽略,其常常导致竖直配辊冷弯矩形型钢时,两竖直侧平
板件强度低于母材。
(下转第129页)?08?材料科学与工程学报
2010年2月
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9
2
1
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第28卷第1期朱显丰,等.BSA2PL GA微球的优化制备及特性
场效应管放大电路 一、选择填空（只填①、②…字样） 1．晶体管是依靠 ⑤ 导电来工作的 ⑦ 器件；场效应管是依靠 ① 导电来工作的 ⑥ 器件（①多数载流子，②少数载流子，③电子，④空穴，⑤多数载流子和少数载流子，⑥单极型，⑦双极型，⑧无极型）。 2．晶体管是 ② ；场效应管是 ① （①电压控制器件；②电流控制器件） 3．晶体管的输入电阻比场效应管的输入电阻 ③ （①大得多；②差不多；③小得多）。 4．晶体管的集电极电流 ② ；场效应管的漏极电流 ① （①穿过一个PN 结，② 穿过两个PN 结，③不穿过PN 结） 5．放大电路中的晶体管应工作在 ② ；场效应管应工作在 ① （①饱和区，②放大区，③截止区，④夹断区，⑤可变电阻区）。 6．绝缘栅型场效应管是利用改变 栅源两极 的大小来改变 沟道电阻 的大小，从而 达到控制 漏极电流 的目的；根据 栅源两极电压为零 时，有无 漏极电流 的差别，MOS 管可分为 耗尽 型和 增强 型两种类型。 7．NMOS 管最大的优点是 输入电阻较大 ；其栅—源电压的极性 为负 ，漏—源电压的极性 为正 ；对于增强型NMOS 管，这两种电压的极性 为正 ，对增强型PMOS 管这两种电压的极性为 负 。 8．耗尽型场效应管在恒流区的转移特性方程为()D GS DS i f u u ==常数，它们都是反映 栅源两端电 压 对 漏极电流 控制特性的。 9、当场效应管的漏极直流电流I D 从2mA 变为4mA 时，它的低频跨导g m 将 。 A.增大 B.不变 C.减小 答案：A 二、解答题 2.已知场效应管的输出特性曲线如图P1.22所示，画出它在恒流区的转移特性曲线。 图P1.22 解：在场效应管的恒流区作横坐标的垂线〔如解图P1.22（a ）所示〕，读出其与各条曲线交点的纵坐标值及U GS 值，建立i D ＝f （u GS ）坐标系，描点，连线，即可得到转移特性曲线，如解图P1.22（b ）所示。
第一组 材料的刚性越大，材料就越脆。F 按受力方式，材料的弹性模量分为三种类型，以下哪一种是错误的：D A. 正弹性模量（E） B. 切弹性模量（G） C. 体积弹性模量（G） D. 弯曲弹性模量（W） 滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性，它与下列哪个因素无关B A 温度； B 形状和大小； C 载荷频率 高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而A A. 上升； B. 降低； C. 不变。 金属材料的弹性模量随温度的升高而B A. 上升； B. 降低； C. 不变。 弹性模量和泊松比之间有一定的换算关系，以下换算关系中正确的是D A. K=E /[3(1+2)]； B. E=2G (1-)； C. K=E /[3(1-)]； D. E=3K (1-2)； E. E=2G (1-2)。 7.Viscoelasticity”的意义是B A 弹性；B粘弹性； C 粘性 8.均弹性摸量的表达式是A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/（△V/V） 9.金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内C GPa A.10-102、＜10，10-102 B.＜10、10-102、10-102 C.10-102、10-102、＜10 10.体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。T 11.虎克弹性体的力学特点是B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为，高分子材料则通常表现为和。A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下，材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex F 第二组 1.对各向同性材料，以下哪一种应变不属于应变的三种基本类型C A. 简单拉伸； B. 简单剪切； C. 扭转； D. 均匀压缩 2.对各向同性材料，以下哪三种应变属于应变的基本类型ABD A. 简单拉伸； B. 简单剪切； C. 弯曲； D. 均匀压缩 3.“Tension”的意义是A A 拉伸； B 剪切； C 压缩 4.“Compress”的意义是C A 拉伸；B剪切； C 压缩 5.陶瓷、多数玻璃和结晶态聚合物的应力-应变曲线一般表现为纯弹性行为T 6.Stress”and “strain”的意义分别是A A 应力和应变；B应变和应力；C应力和变形
实验六场效应管放大器 一、实验目的 1、了解结型场效应管的性能和特点 2、进一步熟悉放大器动态参数的测试方法 二、实验仪器 1、双踪示波器 2、万用表 3、信号发生器 三、实验原理 实验电路如下图所示： 图6-1
场效应管是一种电压控制型器件。按结构可分为结型和绝缘栅型两种类型。由于场效应管栅源之间处于绝缘或反向偏置，所以输入电阻很高（一般可达上百兆欧）又由于场效应管是一种多数载流子控制器件，因此热稳定性好，抗辐射能力强，噪声系数小。加之制造工艺较简单，便于大规模集成，因此得到越来越广泛的应用。 1、结型场效应管的特性和参数 场效应管的特性主要有输出特性和转移特性。图6－2所示为N沟道结 图6－2 3DJ6F的输出特性和转移特性曲线 型场效应管3DJ6F的输出特性和转移特性曲线。其直流参数主要有饱和漏极电 流I DSS ，夹断电压U P 等；交流参数主要有低频跨导 常数 U △U △I g DS GS D m = = 表6－1列出了3DJ6F的典型参数值及测试条件。 表6－1 参数名称饱和漏极电流 I DSS （mA） 夹断电压 U P （V） 跨导 g m （μA/V） 测试条件U DS ＝10V U GS ＝0V U DS ＝10V I DS ＝50μA U DS ＝10V I DS ＝3mA f＝1KHz 参数值1～3.5 ＜｜－9｜＞100
2、场效应管放大器性能分析 图6－1为结型场效应管组成的共源级放大电路。其静态工作点 2 P GS DSS D )U U (1I I - = 中频电压放大倍数 A V ＝－g m R L ＇＝－g m R D // R L 输入电阻 R i ＝R G ＋R g1 // R g2 输出电阻 R O ≈R D 式中跨导g m 可由特性曲线用作图法求得，或用公式 )U U (1U 2I g P GS P DSS m -- = 计算。但要注意，计算时U GS 要用静态工作点处之数值。 3、输入电阻的测量方法 场效应管放大器的静态工作点、电压放大倍数和输出电阻的测量方法，与实验二中晶体管放大器的测量方法相同。其输入电阻的测量，从原理上讲，也可采用实验二中所述方法，但由于场效应管的R i 比较大，如直接测输入电压U S 和U i ，则限于测量仪器的输入电阻有限，必然会带来较大的误差。因此为了减小误差，常利用被测放大器的隔离作用，通过测量输出电压U O 来计算输入电阻。测量电路如图3－3所示。 图3－3 输入电阻测量电路 在放大器的输入端串入电阻R ，把开关K 掷向位置1（即使R ＝0），测量放大器的输出电压U 01＝A V U S ；保持U S 不变，再把K 掷向2（即接入R ），测量放大器的输出电压U 02。由于两次测量中A V 和U S 保持不变，故 S D DD g2 g1g1 S G GS R I U R R R U U U -+= -=
选择题第一组 1.材料的刚性越大，材料就越脆。（）B A. 正确； B. 错误 2.按受力方式，材料的弹性模量分为三种类型，以下哪一种是错误的：（）D A. 正弹性模量（E）； B. 切弹性模量（G）； C. 体积弹性模量（G）； D. 弯曲弹性模量（W）。 3.滞弹性是无机固体和金属的与时间有关的弹性，它与下列哪个因素无关（） B A 温度； B 形状和大小； C 载荷频率 4.高弹性有机聚合物的弹性模量随温度的升高而（）。A A. 上升； B. 降低； C. 不变。 5.金属材料的弹性模量随温度的升高而（）。B A. 上升； B. 降低； C. 不变。 6.弹性模量和泊松比ν之间有一定的换算关系，以下换算关系中正确的是（） D A. K=E /[3(1+2ν)]； B. E=2G (1-ν)； C. K=E /[3(1-ν)]； D. E=3K (1-2ν)； E. E=2G (1-2ν)。 7.“Viscoelasticity”的意义是（）B
A 弹性； B粘弹性； C 粘性 8、均弹性摸量的表达式是（）A A、E=σ/ε B、G=τ/r C、K=σ。/（△V/V） 9、金属、无机非金属和高分子材料的弹性摸量一般在以下数量级范围内（GPa）C A、10-102、＜10，10-102 B、＜10、10-102、10-102 C、10-102、10-102、＜10 10、体心立方晶胞的金属材料比面心立方晶胞的同类金属材料具有更高的摸量。 11、虎克弹性体的力学特点是（）B A、小形变、不可回复 B、小形变、可回复 C、大形变、不可回复 D、大形变、可回复 13、金属晶体、离子晶体、共价晶体等材料的变形通常表现为，高分子材料则通常表现为和。A A 普弹行、高弹性、粘弹性 B 纯弹行、高弹性、粘弹性 C 普弹行、高弹性、滞弹性 14、泊松比为拉伸应力作用下，材料横向收缩应变与纵向伸长应变的比值υ=ey/ex （）B A. 正确； B. 错误
Nature自然31.434 Science科学28.103 Nature Material自然（材料）23.132 Nature Nanotechnology自然（纳米技术）20.571 Progress in Materials Science材料科学进展18.132 Nature Physics自然（物理）16.821 Progress in Polymer Science聚合物科学进展16.819 Surface Science Reports表面科学报告12.808 Materials Science & Engineering R-reports 材料科学与工程报 告 12.619 Angewandte Chemie-International Edition 应用化学国际版10.879 Nano Letters纳米快报10.371 Advanced Materials先进材料8.191 Journal of the American Chemical Society 美国化学会志8.091 Annual Review of Materials Research 材料研究年度评论7.947 Physical Review Letters物理评论快报7.180 Advanced Functional Materials先进功能材料 6.808 Advances in Polymer Science聚合物科学发展 6.802 Biomaterials生物材料 6.646 Small微观？ 6.525 Progress in Surface Science表面科学进展 5.429 Chemical Communications化学通信 5.34
根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件 -------------------------------------------------------------- 1.概念: 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）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. 特点: 具有输入电阻高（100000000～1000000000Ω）、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,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者. 作用: 场效应管可应用于放大.由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器. 场效应管可以用作电子开关. 场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换.常用于多级放大器的输入级作阻抗变换.场效应管可以用作可变电阻.场效应管可以方便地用作恒流源. 2.场效应管的分类:
场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类 按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种. 按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管,而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类.见下图: 3.场效应管的主要参数: Idss —饱和漏源电流.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流. Up —夹断电压.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压. Ut —开启电压.是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压. gM —跨导.是表示栅源电压UGS —对漏极电流ID的控制能力,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值.gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数. BVDS —漏源击穿电压.是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压.这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS. PDSM —最大耗散功率,也是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量. IDSM —最大漏源电流.是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流.场效应管的工作电流不应超过IDSM Cds---漏-源电容 Cdu---漏-衬底电容 Cgd---栅-源电容 Cgs---漏-源电容 Ciss---栅短路共源输入电容 Coss---栅短路共源输出电容 Crss---栅短路共源反向传输电容 D---占空比（占空系数，外电路参数） di/dt---电流上升率（外电路参数） dv/dt---电压上升率（外电路参数） ID---漏极电流（直流） IDM---漏极脉冲电流 ID(on)---通态漏极电流 IDQ---静态漏极电流（射频功率管）
第2章晶体三极管和场效应管 教学重点 1 ?掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。 2 ?熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；主要参 数及温度对参数的影 响。 3?了解MOS 管的工作原理、特性曲线和主要参数。 教学难点 1 ?晶体三极管的放大作用 2 ?输入、输出特性曲线及主要参数 学时分配 序号 内 容 学时 1 2.1晶体三极管 4 2 2.2场效应管 4 3 本章小结与习题 4 本章总课时 8 2.1晶体三极管 晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。 特点：管内有两种载流子参与导电。 2.1.1三极管的结构、分类和符号 一、晶体三极管的基本结构 1 ?三极管的外形：如图 2.1.1所示。 2 ?特点：有三个电极，故称三极管。 3?三极管的结构：如图 2.1.2所示。 晶体三极管有三个区一一发射区、 基区、集电区； 两个PN 结一一发射结（BE 结）、集 电结（BC 结）； 三个电极一一发射极 e （ E ）、基极 图2.1.2 三极管的结构图 图2.1.1三极管外形 雄対箱革极集电姑 坯射纬UK 堆电紬
b(B)和集电极c(C)； 两种类型一一PNP 型管和NPN 型管。 工艺要求： 发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。 二、 晶体三极管的符号 晶体三极管的符号如图 2.1.3所示。 箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。 文字符号：V 三、 晶体三极管的分类 1 .三极管有多种分类方法。 按内部结构分：有 NPN 型和PNP 型 管； 按工作频率分：有低频和高频管； 按功率分：有小功率和大 功率管； 按用途分：有普通管和开关管； 按半导体材料分：有锗管和硅管等等。 2 .国产三极管命名法：见《电子线路》 P 249附录二。 例如：3DG 表示高频小功率 NPN 型硅三极管；3CG 表示高频小功率 PNP 型硅三极 管；3AK 表示PNP 型开关锗三极管等。 2.1.2三极管的工作电压和基本连接方式 一、晶体三极管的工作电压 三极管的基本作用是放大电信号； 工作在放大状态的外部条件是发射结加正向电压, 集电结加反向电压。 如图2.1.4所示：V 为三极管，G C 为集电极电源，G B 为基极电源，又称偏置电源， R b 为基极电阻，R c 为集电极电阻。 二、晶体三极管在电路中的基本连接方式 如图2.1.5所示，晶体三极管有三种基本连接方式： 共发射极、共基极和共集电极接 法。最常用的是共发射极接法。 但八PIS 型 (b) 型 图2.1.3 三极管符号 图2.1.4 三极管电源的接法
《材料科学与工程基础》习题和思考题及答案 第二章 2-1.按照能级写出N、O、Si、Fe、Cu、Br原子的电子排布（用方框图表示）。 2-2.的镁原子有13个中子，11.17%的镁原子有14个中子，试计算镁原子的原子量。 2-3.试计算N壳层内的最大电子数。若K、L、M、N壳层中所有能级都被电子填满时，该原子的原子序数是多少？ 2-4.计算O壳层内的最大电子数。并定出K、L、M、N、O壳层中所有能级都被电子填满时该原子的原子序数。 2-5.将离子键、共价键和金属键按有方向性和无方向性分类，简单说明理由。 2-6.按照杂化轨道理论，说明下列的键合形式： （1）CO2的分子键合（2）甲烷CH4的分子键合 （3）乙烯C2H4的分子键合（4）水H2O的分子键合 （5）苯环的分子键合（6）羰基中C、O间的原子键合 2-7.影响离子化合物和共价化合物配位数的因素有那些？ 2-8.试解释表2-3-1中，原子键型与物性的关系？ 2-9.0℃时，水和冰的密度分别是1.0005 g/cm3和0.95g/cm3，如何解释这一现象？ 2-10.当CN=6时，K+离子的半径为0.133nm(a)当CN=4时，半径是多少？(b)CN=8时，半径是多少？ 2-11.(a)利用附录的资料算出一个金原子的质量？(b)每mm3的金有多少个原子？(c)根据金的密度，某颗含有1021个原子的金粒，体积是多少？(d)假设金原子是球形(r Au=0.1441nm),并忽略金原子之间的空隙，则1021个原子占多少体积？(e)这些金原子体积占总体积的多少百分比？ 2-12.一个CaO的立方体晶胞含有4个Ca2+离子和4个O2-离子，每边的边长是0.478nm，则CaO的密度是多少？ 2-13.硬球模式广泛的适用于金属原子和离子，但是为何不适用于分子？ 2-14.计算（a）面心立方金属的原子致密度；（b）面心立方化合物NaCl的离子致密度（离子半径r Na+=0.097，r Cl-=0.181）；（C）由计算结果，可以引出什么结论？
【自然科学】材料期刊排名及影响因子 Nature 自然31.434 Science 科学28.103 Nature Material 自然（材料）23.132 Nature Nanotechnology 自然（纳米技术）20.571 Progress in Materials Science 材料科学进展18.132 Nature Physics 自然（物理）16.821 Progress in Polymer Science 聚合物科学进展16.819 Surface Science Reports 表面科学报告12.808 Materials Science & Engineering R-reports 材料科学与工程报告12.619 Angewandte Chemie-International Edition 应用化学国际版10.879 Nano Letters 纳米快报10.371 Advanced Materials 先进材料8.191 Journal of the American Chemical Society 美国化学会志8.091 Annual Review of Materials Research 材料研究年度评论7.947 Physical Review Letters 物理评论快报7.180 Advanced Functional Materials 先进功能材料 6.808 Advances in Polymer Science 聚合物科学发展 6.802 Biomaterials 生物材料 6.646 Small 微观？ 6.525 Progress in Surface Science 表面科学进展 5.429 Chemical Communications 化学通信 5.34 MRS Bulletin 材料研究学会（美国）公 告 5.290 Chemistry of Materials 材料化学 5.046 Advances in Catalysis 先进催化 4.812 Journal of Materials Chemistry 材料化学杂志 4.646 Carbon 碳 4.373 Crystal Growth & Design 晶体生长与设计 4.215 Electrochemistry Communications 电化学通讯 4.194 The Journal of Physical Chemistry B 物理化学杂志，B辑：材 料、表面、界面与生物物 理 4.189 Inorganic Chemistry 有机化学 4.147 Langmuir 朗缪尔 4.097 Physical Chemistry Chemical Physics 物理化学 4.064 International Journal of Plasticity 塑性国际杂志 3.875 Acta Materialia 材料学报 3.729 Applied Physics Letters 应用物理快报 3.726 Journal of power sources 电源技术 3.477 Journal of the Mechanics and Physics of Solids 固体力学与固体物理学 杂志 3.467
一、实验目的 分析mos晶体管i-v特性分析 二、实验要求 了解结型场效应管和MOS管的工作原理、特性曲线及主要参数 三、实验内容 1、MOS器件的结构介绍 2、MOS的工作原理 3、i-v特性曲线 图1 原理图
1．特性曲线和电流方程 输出特性曲线 与结型场效应管一样,其输出特性曲线也可分为可变电阻区、饱和区、截止 区和击穿区几部分。 转移特性曲线 转移特性曲线如图1(b)所示,由于场效应管作放大器件使用时是工作在饱和 区(恒流区),此时i D 几乎不随v DS 而变化,即不同的v DS 所对应的转移特性曲线几乎是重合的,所以可用v DS 大于某一数值(v DS ＞v GS -V T )后的一条转移特性曲线代替饱和区的所有转移特性曲线. i D 与v GS 的近似关系 与结型场效应管相类似。在饱和区内,i D 与v GS 的近似关系式为 ( v GS ＞ V T ) 式中I DO 是v GS =2V T 时的漏极电流i D 。 2.参数 2 GS DO D )1(-=T V v I i
MOS管的主要参数与结型场效应管基本相同，只是增强型MOS管中不用夹断电压V P，而用开启电压V T表征管子的特性。 MOS管 1. 基本结构 原因：制造N沟道耗尽型MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入了大量的碱金属正离子Na+或K+(制造P沟道耗尽型MOS管时掺入负离子)，如图1(a)所示，因此即使v GS=0时，在这些正离子产生的电场作用下，漏－源极间的P型衬底表面也能感应生成N沟道(称为初始沟道)，只要加上正向电压v DS，就有电流i D。 如果加上正的v GS，栅极与N沟道间的电场将在沟道中吸引来更多的电子，沟道加宽，沟道电阻变小，i D增大。反之v GS为负时，沟道中感应的电子减少，沟道变窄，沟道电阻变大，i D减小。当v GS负向增加到某一数值时，导电沟道消失，i D趋于零，管子截止，故称为耗尽型。沟道消失时的栅－源电压称为夹断电压，仍用V P表示。与N沟道结型场效应管相同，N沟道耗尽型MOS管的夹断电压V P也为负值，但是，前者只能在v GS<0的情况下工作。而后者在v GS=0，v GS>0，V P Symbol Typ Max 659085125R θJL 4360Maximum Junction-to-Lead C Steady-State °C/W Thermal Characteristics Parameter Units Maximum Junction-to-Ambient A t ≤ 10s R θJA °C/W Maximum Junction-to-Ambient A Steady-State °C/W Symbol Min Typ Max Units BV DSS 30 V 1T J =55°C 5I GSS 100nA V GS(th)0.7 1.1 1.4 V I D(ON) 30 A 22.828T J =125°C 323927.333m ? 43.352 m ?g FS 10 15S V SD 0.71 1V I S 2.5 A C iss 823 1030pF C oss 99pF C rss 77pF R g 1.2 3.6?Q g 9.7 12nC Q gs 1.6nC Q gd 3.1nC t D(on) 3.3 5ns t r 4.87ns t D(off)26.340ns t f 4.16ns t rr 1620ns Q rr 8.9 12nC THIS PRODUCT HAS BEEN DESIGNED AND QUALIFIED FOR THE CONSUMER MARKET. APPLICATIONS OR USES AS CRITICAL COMPONENTS IN LIFE SUPPORT DEVICES OR SYSTEMS ARE NOT AUTHORIZED. AOS DOES NOT ASSUME ANY LIABILITY ARISING OUT OF SUCH APPLICATIONS OR USES OF ITS PRODUCTS. AOS RESERVES THE RIGHT TO IMPROVE PRODUCT DESIGN,FUNCTIONS AND RELIABILITY WITHOUT NOTICE. Gate resistance V GS =0V, V DS =0V, f=1MHz Turn-Off Fall Time Maximum Body-Diode Continuous Current Input Capacitance Output Capacitance Turn-On DelayTime DYNAMIC PARAMETERS I F =5A, dI/dt=100A/μs V GS =0V, V DS =15V, f=1MHz SWITCHING PARAMETERS Total Gate Charge V GS =4.5V, V DS =15V, I D =5.8A Gate Source Charge Gate Drain Charge Turn-On Rise Time Turn-Off DelayTime V GS =10V, V DS =15V, R L =2.7?, R GEN =3? m ?V GS =4.5V, I D =5A I S =1A,V GS =0V V DS =5V, I D =5A R DS(ON) Static Drain-Source On-Resistance Forward Transconductance Diode Forward Voltage I DSS μA Gate Threshold Voltage V DS =V GS I D =250μA V DS =24V, V GS =0V V DS =0V, V GS =±12V Zero Gate Voltage Drain Current Gate-Body leakage current Electrical Characteristics (T J =25°C unless otherwise noted)STATIC PARAMETERS Parameter Conditions Body Diode Reverse Recovery Time Body Diode Reverse Recovery Charge I F =5A, dI/dt=100A/μs Drain-Source Breakdown Voltage On state drain current I D =250μA, V GS =0V V GS =2.5V, I D =4A V GS =4.5V, V DS =5V V GS =10V, I D =5.8A Reverse Transfer Capacitance A: The value of R θJA is measured with the device mounted on 1in 2 FR-4 board with 2oz. Copper, in a still air environment with T A =25°C. The value in any given application depends on the user's specific board design. The current rating is based on the t ≤ 10s thermal resistance rating. B: Repetitive rating, pulse width limited by junction temperature. C. The R θJA is the sum of the thermal impedence from junction to lead R θJL and lead to ambient. D. The static characteristics in Figures 1 to 6,12,14 are obtained using 80 μs pulses, duty cycle 0.5% max. E. These tests are performed with the device mounted on 1 in 2 FR-4 board with 2oz. Copper, in a still air environment with T A =25°C. The SOA curve provides a single pulse rating. Rev 4 : June 2005 第3章场效应管放大电路 3-1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。 （1）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R GS 大的特点。（?） （2）若耗尽型N沟道MOS管的U GS大于零，则其输入电阻会明显变小。（?） 3-2选择正确答案填入空内。 （1）U GS＝0V时，不能够工作在恒流区的场效应管有 B 。 A. 结型管 B. 增强型MOS管 C. 耗尽型MOS管 （2）当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时，它的低频跨导g m将 A 。 A.增大 B.不变 C.减小 3-3改正图P3-3所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波电压。要求保留电路的共源接法。 图P3-3 解：（a）源极加电阻R S。 （b）漏极加电阻R D。 （c）输入端加耦合电容。 （d）在R g支路加－V G G，＋V D D改为－V D D 改正电路如解图P3-3所示。 解图P3-3 3-4已知图P3-4(a)所示电路中场效应管的转移特性和输出特性分别如图（b）(c)所示。 A 、R i和R o。（1）利用图解法求解Q点；（2）利用等效电路法求解 u 图P3-4 解：（1）在转移特性中作直线u G S ＝－i D R S ，与转移特性的交点即为Q 点；读出坐标值，得出I D Q ＝1mA ，U G S Q ＝－2V 。如解图P3-4（a ）所示。 解图P3-4 在输出特性中作直流负载线u D S ＝V D D －i D （R D ＋R S ），与U G S Q ＝－2V 的那条输出特性曲线的交点为Q 点，U D S Q ≈3V 。如解图P3-4（b ）所示。 （2）首先画出交流等效电路（图略），然后进行动态分析。 mA/V 12DQ DSS GS(off)GS D m DS =-=??=I I U u i g U Ω ==Ω==-=-=k 5 M 1 5D o i D m R R R R R g A g u & 3-5 已知图P3-5（a ）所示电路中场效应管的转移特性如图（b ）所示。求解 电路的Q 点和u A &。 图P3-5 解：（1）求Q 点： 根据电路图可知， U G S Q ＝V G G ＝3V 。 从转移特性查得，当U G S Q ＝3V 时的漏极电流 I D Q ＝1mA 2018年EI收录中文期刊——目录总览 序号中文刊名收录情况1声学学报保持收录2航空学报保持收录3兵工学报保持收录4自动化学报保持收录5电子学报保持收录6太阳能学报保持收录7测绘学报保持收录8地理学报保持收录9地质学报保持收录10复合材料学报保持收录11力学学报（英文版）保持收录12金属学报保持收录13光学学报保持收录14石油学报保持收录15石油学报：石油加工保持收录16岩石学报保持收录17光子学报保持收录18物理学报保持收录 19北京大学学报（自然科学版）新收录20工程科学与技术保持收录21力学进展保持收录22水科学进展保持收录23原子能科学技术保持收录24电力系统自动化保持收录25汽车工程保持收录26桥梁建设保持收录27化工进展保持收录28高等学校化学学报保持收录29土木工程学报保持收录30中国环境科学保持收录31中国公路学报保持收录32中国铁道科学保持收录33中国表面工程保持收录34分析化学保持收录35计算机学报保持收录36含能材料保持收录37工程科学学报保持收录 38火炸药学报新收录39地球物理学报保持收录40岩土工程学报保持收录41中国激光保持收录42发光学报保持收录43材料研究学报保持收录44中国有色金属学报保持收录45稀有金属保持收录46岩石力学与工程学报保持收录47仪器仪表学报保持收录48力学学报保持收录49中国光学新收录50科学通报（中文）保持收录51化工学报保持收录52计算机集成制造系统保持收录53计算机研究与发展保持收录54控制与决策保持收录55控制理论与应用保持收录56地球科学：中国地质大学学报保持收录 57地学前缘保持收录58电机与控制学报保持收录59电力自动化设备保持收录60工程力学保持收录61环境科学保持收录62爆炸与冲击保持收录63精细化工保持收录64食品科学保持收录65武汉大学学报（信息科学版）保持收录66大地构造与成矿学保持收录67高电压技术保持收录68红外与激光工程保持收录69航空动力学报保持收录70宇航学报保持收录71应用基础与工程科学学报保持收录72北京航空航天大学学报保持收录73北京邮电大学学报保持收录74生物医学工程学杂志保持收录75建筑材料学报保持收录 场效应管是场效应晶体管（Field Effect Transistor,FET）的简称。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、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、受温度和辐射影响小等优点，特别适用于高灵敏度和低噪声的电路，现已成为普通晶体管的强大竞争者。 普通晶体管（三极管）是一种电流控制元件，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型晶体管；而场效应管（FET）是一种电压控制器件（改变其栅源电压就可以改变其漏极电流），工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型晶体管。 场效应管和三极管一样都能实现信号的控制和放大，但由于他们构造和工作原理截然不同，所以二者的差异很大。在某些特殊应用方面，场效应管优于三极管，是三极管无法替代的，三极管与场效应管区别见下表。 场效应管是电压控制元件，而三极管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管。而在信号源电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应用三极管。 场效应管靠多子导电，管中运动的只是一种极性的载流子；三极管既用多子，又利用少子。由于多子浓度不易受外因的影响，因此在环境变化较强烈的场合，采用场效应管比较合适。 场效应管的输入电阻高，适用于高输入电阻的场合。场效应管的噪声系 数小，适用于低噪声放大器的前置级。 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。 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（ig?0）；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。 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．场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。 7．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。 8。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，他的效率是比较高的。 场效应管G极必须有一个对地的放电电阻，不然上电就烧，而三极管基极不需要 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. 晶体三极管与场效应管工作原理完全不同，但是各极可以近似对应以便于理解和设计： 晶体管：基极发射极集电极 场效应管：栅极源极漏极 要注意的是，晶体管(NPN型)设计发射极电位比基极电位低(约0.6V)，场效应管源极电位比栅极电位高（约0.4V)。 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,被称之为双极型器件. “材料科学与工程基础”第二章习题 1. 铁的单位晶胞为立方体，晶格常数a=0.287nm ，请由铁的密度算出每个单位晶胞所含的原子数。 ρ铁＝7.8g/cm31mol 铁＝6.022×1023个=55.85g 所以，7.8g/1(cm)3=(55.85/6.022×1023)X/(0.287×10-7)3cm3 X ＝1.99≈2（个） 2.在立方晶系单胞中，请画出： （a ）[100]方向和[211]方向，并求出他们的交角； （b ）（011）晶面和（111）晶面，并求出他们得夹角。 （c ）一平面与晶体两轴的截距a=0.5,b=0.75,并且与z 轴平行,求此晶面的密勒指数。 （a ）[211]和[100]之夹角θ＝arctg 2=35.26。 或 cos θ==35.26θ=o （b ） cos θ==35.26θ=o （c ）a=0.5b=0.75z=∞ 倒数24/30取互质整数（320） 3、请算出能进入fcc 银的填隙位置而不拥挤的最大原子半径。 室温下的原子半径R ＝1.444A 。（见教材177页） 点阵常数a=4.086A 最大间隙半径R’=（a-2R ）/2=0.598A 4、碳在r-Fe （fcc ）中的最大固溶度为2.11﹪(重量百分数),已知碳占据r-Fe 中的八面体间隙,试计算出八面体间隙被C 原子占据的百分数。 在fcc 晶格的铁中，铁原子和八面体间隙比为1：1，铁的原子量为55.85，碳的原子量为12.01 所以（2.11×12.01）/(97.89×55.85)＝0.1002 即碳占据八面体的10％。 5、由纤维和树脂组成的纤维增强复合材料，设纤维直径的尺寸是相同的。请由计算最密堆棒的堆垛因子来确定能放入复合材料的纤维的最大体积分数。 见下图，纤维的最密堆积的圆棒，取一最小的单元，得，单元内包含一个圆（纤维）的面积。 2 0.9064==。 即纤维的最大体积分数为90.64％。 6、假设你发现一种材料，它们密排面以ABAC 重复堆垛。这种发现有意义吗？你能否计算这种新材料的原子堆垛因子? fcc 和hcp 密排面的堆积顺序分别是ABCABC……和ABAB…,如果发现存在ABACABAC……堆积的晶体，那应该是一种新的结构，而堆积因子和fcc 和hcp 一样，为0.74。 7.在FCC 、HCP 和BCC 中最高密度面是哪些面？在这些面上哪些方向是最高密度方向？ 密排面密排方向 FCC{111)}<110> HCP(0001)(1120) BCC{110)}<111> 8.在铁中加入碳形成钢。BCC 结构的铁称铁素体，在912℃以下是稳定的，在这温度以上变成FCC 结构，称之为奥氏体。你预期哪一种结构能溶解更多碳?对你的答案作出解释。 奥氏体比铁素体的溶碳量更大，原因是1、奥氏体为FCC 结构，碳处于八面体间隙中，间隙尺寸大（0.414R ）。而铁素体为BCC 结构，间隙尺寸小，四面体间隙0.291R ，八面体间隙0.225R ；2、FCC 的间隙是对称的，BCC 的间隙是非对称的，非对称的2 材料科学与工程基础”考试试题–英文原版教材班 （注：第1、2、3题为必做题；第4、5、6、7题为选择题，必须二选一。共100分） 1. Glossary (2 points for each) 1) crystal structure: The arrangement of the atoms in a material into a repeatable lattice. 2) basis (or motif): A group of atoms associated with a lattice. 3) packing fractor: The fraction of space in a unit cell occupied by atoms. 4) slip system: The combination of the slip plane and the slip direction. 5) critical size: The minimum size that must be formed by atoms clustering together in the liquid before the solid particle is stable and begins to grow. 6) homogeneous nucleation: Formation of a critically sized solid from the liquid by the clustering together of a large number of atoms at a high undercooling (without an external interface). 7) coherent precipitate:A precipitate whose crystal structure and atomic arrangement have a continuous relationship with matrix from which precipitate is formed. 8) precipitation hardening: A strengthening mechanism that relies on a sequence of solid state phase transformations in a dispersion of ultrafine precipitates of a 2nd phase. This is same as age hardening. It is a form of dispersion strengthening. 9) diffusion coefficient: A temperature-dependent coefficient related to the rate at which atom, ion, or other species diffusion. The DC depends on temperature, the composition and microstructure of the host material and also concentration of the diffusion species. 10) uphill diffusion: A diffusion process in which species move from regions of lower concentration to that of higher concentration. 2. Determine the indices for the planes in the cubic unit cell shown in Figure 1. (5 points)A09T,AO9T场效应管三极管PL4009
场效应管放大电路习题答案
2018年EI收录中文期刊
场效应管和三极管的区别
“材料科学与工程基础”习题答案题目整合版
材料科学与工程基础英文版试题
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