最新场效应管工作原理68703Word文件下载.docx
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一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
FET应用范围很广,但不能说现在普及的双极型晶体管都可以用FET替代。
然而，由于FET的特性与双极型晶体管的特性完全不同，能构成技术性能非常好的电路。
2.场效应管的工作原理：
（a）JFET的概念图
（b）JFET的符号
图1（b）门极的箭头指向为p指向n方向，分别表示内向为n沟道JFET，外向为p沟道JFET。
图1（a）表示n沟道JFET的特性例。
以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。
首先，门极-源极间电压以0V时考虑（VGS=0）。
在此状态下漏极-源极间电压VDS从0V增加，漏电流ID几乎与VDS成比例增加，将此区域称为非饱和区。
VDS达到某值以上漏电流ID的变化变小，几乎达到一定值。
此时的ID称为饱和漏电流（有时也称漏电流用IDSS表示。
与此IDSS对应的VDS称为夹断电压VP，此区域称为饱和区。
其次在漏极-源极间加一定的电压VDS（例如0.8V），VGS值从0开始向负方向增加，ID的值从IDSS开始慢慢地减少，对某VGS值ID=0。
将此时的VGS称为门极-源极间遮断电压或者截止电压，用VGS（off）示。
n沟道JFET的情况则VGS（off）值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID=0的VGS因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID=0.1-10μA的VGS定义为VGS（off）的情况多些。
关于JFET为什么表示这样的特性，用图作以下简单的说明。
场效应管工作原理用一句话说，就是"
漏极-源极间流经沟道的ID，用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压控制ID"
。
更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。
在VGS=0的非饱和区域，图10.4.1（a）表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。
达到饱和区域如图10.4.2（a）所示，从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。
将这种状态称为夹断。
这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。
在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。
但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。
如图10.4.1（b）所示的那样，即便再增加VDS，因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。
其次，如图10.4.2（c）所示，VGS向负的方向变化，让VGS=VGS（off），此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。
而且VDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通。
3.场效应管的分类和结构:
场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；
此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
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。
4、场效应三极管的型号命名方法
现行有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；
C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS×
×
#，CS代表场效应管，×
以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
5、场效应管的参数
场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注以下主要参数：
1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
5.BUDS—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BUDS。
6.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。
7.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
6、场效应管的作用
1.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。
2.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。
3.场效应管可以用作可变电阻。
4.场效应管可以方便地用作恒流源。
5.场效应管可以用作电子开关。
7、常用场效用管
1、MOS场效应管
即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。
其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015Ω）。
它也分N沟道管和P沟道管，符号如图1所示。
通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。
根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。
所谓增强型是指：
当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。
耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。
以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。
源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。
图1（a）符号中的前头方向是从外向电，表示从P型材料（衬底）指身N型沟道。
当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时，沟道电流（即漏极电流）ID=0。
随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID。
国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均为单栅管），4DO1（双栅管）。
它们的管脚排列（底视图）见图2。
MOS场效应管比较“娇气”。
这是由于它的输入电阻很高，而栅-源极间电容又非常小，极易受外界电磁场或静电的感应而带电，而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压（U=Q/C），将管子损坏。
因此了厂时各管脚都绞合在一起，或装在金属箔内，使G极与S极呈等电位，防止积累静电荷。
管子不用时，全部引线也应短接。
在测量时应格外小心，并采取相应的防静电感措施。
MOS场效应管的检测方法
（1）．准备工作测量之前，先把人体对地短路后，才能摸触MOSFET的管脚。
最好在手腕上接一条导线与大地连通，使人体与大地保持等电位。
再把管脚分开，然后拆掉导线。
（2）．判定电极将万用表拨于R×
100档，首先确定栅极。
若某脚与其它脚的电阻都是无穷大，证明此脚就是栅极G。
交换表笔重测量，S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧，其中阻值较小的那一次，黑表笔接的为D极，红表笔接的是S极。
日本生产的3SK系列产品，S极与管壳接通，据此很容易确定S极。
（3）．检查放大能力（跨导）将G极悬空，黑表笔接D极，红表笔接S极，然后用手指触摸G极，表针应有较大的偏转。
双栅MOS场效应管有两个栅极G1、G2。
为区分之，可用手分别触摸G1、G2极，其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。
目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管，平时就不需要把各管脚短路了。
MOS场效应晶体管使用注意事项。
MOS场效应晶体管在使用时应注意分类，不能随意互换。
MOS场效应晶体管由于输入阻抗高（包括MOS集成电路）极易被静电击穿，使用时应注意以下规则：
1.MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随便拿个塑料袋装。
也可用细铜线把各个引脚连接在一起，或用锡纸包装
2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动，应用金属盘来盛放待用器件。
3.焊接用的电烙铁必须良好接地。
4.在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再MOS器件焊接完成后在分开。
5.MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。
拆机时顺序相反。
6.电路板在装机之前，要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子，再把电路板接上去。
7.MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下，最好接入保护二极管。
在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。
2、VMOS场效应管
VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应管。
它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。
它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（≥108W）、驱动电流小（左右0.1μA左右），还具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A～100A）、输出功率高（1～250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。
正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身，因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。
众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。
VMOS管则不同，从左下图上可以看出其两大结构特点:
第一，金属栅极采用V型槽结构；
第二，具有垂直导电性。
由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区（源极S）出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。
电流方向如图中箭头所示，因为流通截面积增大，所以能通过大电流。
由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。
国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等，典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。
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