整理场效应管和晶闸管.docx

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整理场效应管和晶闸管

场效应管

简介

场效应晶体管（FieldEffectTransistor缩写（FET））简称场效应管。

由多数载流子参与导电，也称为单极性晶体管。

它属于电压控制型半导体器件。

具有输入电阻高（

～

Ω）、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。

场效应管的外形与普通晶体管一样，但工作原理不同。

普通晶体管是电流控制器件，通过控制积极电流达到控制集电极电流或发射级电流。

场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于输入信号电压的大小，即管子的电流受控于栅极电压。

二次击穿：

对于集电极电压超过

而引起的击穿，只要外电路限制击穿后的电流，管子就不会损坏，如果此时电流继续增大，引发的不可逆的击穿，称为二次击穿。

种类和结构

场效应管分为两类，一类是结型场效应管，简称JFET；另一类是绝缘栅型场效应管，简称IGFET。

目前广泛应用的绝缘栅型场效应管是金属-氧化物-半导体场效应管，简称MOSFET。

场效应管有三个电极：

源级（S）、栅极（G）、漏极（D），且可分为P沟道型与N沟道型两种。

工作原理

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

，用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制

”。

更正确地说，

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

=0的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加

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

流动。

从栅极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，

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栅极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。

因漂移电场的强度几乎不变产生

的饱和现象。

其次，

向负的方向变化，让

=

（off），此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。

而且

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。

基本特点

场效应管属于电压控制元件，与双极性晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点：

（1）场效应管是电压控制器件，它通过

来控制

；

（2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。

（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）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪音，所以噪声低。

（7）容易产生静电击穿损坏。

贮存时应将场效应管的3各电极短路，并放在屏蔽的金属盒内，焊接时电烙铁外壳应接地，或断开电烙铁的电源，利用余热进行焊接。

主要参数

直流参数

饱和漏极电流

它可定义为：

当栅、源极之间的电压等于零，而漏、源极之间的电压大于夹断电压时，对应的漏极电流。

夹断电压

它可定义为：

当

一定时，使

减小到一个微小的电流时所需的

。

开启电压

它可定义为：

当

一定时，使

到达某一个数值时所需的

。

交流参数

低频跨导

它是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。

极间电容场效应管三个电极之间的电容，它的值越小表示管子的性能越好。

极限参数

漏、源击穿电压当漏极电流急剧上升时，产生雪崩击穿时的

。

栅极击穿电压结型场效应管正常工作时，栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态，若电流过高，则产生击穿现象。

型号命名

有两种命名方法。

第一种命名方法与双极型三极管相同（使用数字3），第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅型场效应管。

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P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。

主要作用

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。

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。

应用领域

场效应管（FET）是电场效应控制电流大小的单极型半导体器件。

在其输入端基本不取电流或电流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成电路中被应用。

场效应器件凭借其低功耗、性能稳定、抗辐射能力强等优势，在集成电路中已经有逐渐取代三极管的趋势。

但它还是非常娇贵的，虽然现在多数已经内置了保护二极管，但稍不注意，也会损坏。

应用特点（与三极管对比）

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

控制

，其放大系数

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

（或

）控制

。

3.场效应管栅极几乎不取电流；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。

使用优势

场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。

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。

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。

有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。

场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。

测量检测

1、结型场效应管的管脚识别：

场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。

将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。

当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。

对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。

2、判定栅极：

用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。

若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的即是栅极。

3、制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。

源极与漏极间的电阻约为几千欧。

注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。

因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。

4、估测场效应管的放大能力。

将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。

这时表针指示出的是D-S极间电阻值。

然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。

由于管子的放大作用，

和

都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到万用表屏幕有较大幅度的变化。

如果手捏栅极时幅度变化很小，说明管子的放大能力较弱；若屏幕读数不动，说明管子已经损坏。

场效应管的使用注意事项

（1）为了安全使用场效应管，在线路的设计中不能超过管的耗散功率，最大漏源电压、最大栅源电压和最大电流等参数的极限值。

（2）各类型场效应管在使用时，都要严格按要求的偏置接人电路中，要遵守场效应管偏置的极性。

如结型场效应管栅源漏之间是ＰＮ结，Ｎ沟道管栅极不能加正偏压；Ｐ沟道管栅极不能加负偏压，等等。

（3）MOS场效应管由于输人阻抗极高，所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路，要用金属屏蔽包装，以防止外来感应电势将栅极击穿。

尤其要注意，不能将MOS场效应管放人塑料盒子内，保存时最好放在金属盒内，同时也要注意管的防潮。

（4）为了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地；管脚在焊接时，先焊源极；在连入电路之前，管的全部引线端保持互相短接状态，焊接完后才把短接材料去掉；从元器件架上取下管时，应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等；当然，如果能采用先进的气热型电烙铁，焊接场效应管是比较方便的，并且确保安全；在未关断电源时，绝对不可以把管插人电路或从电路中拔出。

以上安全措施在使用场效应管时必须注意。

（5）在安装场效应管时，注意安装的位置要尽量避免靠近发热元件；为了防管件振动，有必要将管壳体紧固起来；管脚引线在弯曲时，应当大于根部尺寸５毫米处进行，以防止弯断管脚和引起漏气等。

对于功率型场效应管，要有良好的散热条件。

因为功率型场效应管在高负荷条件下运用，必须设计足够的散热器，确保壳体温度不超过额定值，使器件长期稳定可靠地工作。

总之，确保场效应管安全使用，要注意的事项是多种多样，采取的安全措施也是各种各样，广大的专业技术人员，特别是广大的电子爱好者，都要根据自己的实际情况出发，采取切实可行的办法，安全有效地用好场效应管。

晶闸管

简介

晶闸管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司（GE）开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：

阳极，阴极和门极;晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

晶闸管是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。

工作原理

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管的工作条件：

1.晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。

同建设项目安全评价相关但又有不同的还有：

《地质灾害防治管理办法》规定的地质灾害危险性评估，《地震安全性评价管理条例》中规定的地震安全性评价，《中华人民共和国职业病防治法》中规定的职业病危害预评价等。

2.晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3.晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

（3）环境影响分析、预测和评估的可靠性；4.晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

种类

（1）建设项目概况。

按关断、导通及控制方式分类

　　晶闸管按其关断、导通及控制方式可分为单向晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、门极关断晶闸管（GTO）、BTG晶闸管、温控晶闸管和光控晶闸管等多种。

按引脚和极性分类

（5）建设项目对环境影响的经济损益分析。

　　晶闸管按其引脚和极性可分为二极晶闸管、三极晶闸管和四极晶闸管。

按封装形式分类

　　晶闸管按其封装形式可分为金属封装晶闸管、塑封晶闸管和陶瓷封装晶闸管三种类型。

其中，金属封装晶闸管又分为螺栓形、平板形、圆壳形等多种；塑封晶闸管又分为带散热片型和不带散热片型两种。

按电流容量分类

（6）对建设项目实施环境监测的建议。

　　晶闸管按电流容量可分为大功率晶闸管、中功率晶闸管和小功率晶闸管三种。

通常，大功率晶闸管多采用金属壳封装，而中、小功率晶闸管则多采用塑封或陶瓷封装。

1）规划实施可能对相关区域、流域、海域生态系统产生的整体影响。

按关断速度分类

（2）可能造成轻度环境影响的建设项目，编制环境影响报告表，对产生的环境影响进行分析或者专项评价；

晶闸管按其关断速度可分为普通晶闸管和高频（快速）晶闸管。

晶闸管在电路中的主要用途

普通晶闸管最基本的用途就是可控整流。

大家熟悉的二极管整流电路属于不可控整流电路。

如果把二极管换成晶闸管，就可以构成可控整流电路、逆变、电机调速、电机励磁、无触点开关及自动控制等方面。

大纲要求

建设项目所处环境的敏感性质和敏感程度是确定建设项目环境影响评价类别的重要依据，环境影响评价文件应当就该项目对环境的影响做重点分析。

（6）生态保护措施能否有效预防和控制生态破坏。