场效应晶体管.docx

场效应晶体管.docx

《场效应晶体管.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《场效应晶体管.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

场效应晶体管

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，也称为单极型晶体管。

它属于电压控制型半导体器件。

具有输入电阻高（108～109Ω）、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。

目录

基本特点

工作原理

主要参数

1.直流参数

2.交流参数

3.极限参数

型号命名

主要作用

试验测试

分类简介

1.结型场效应管（JFET）

2.绝缘栅场效应管（MOS管）

测量方法

1.用测电阻法判别结型场效应管的电极

2.用测电阻法判别场效应管的好坏

3.用感应信号输人法估测场效应管的放大能力

4.用测电阻法判别无标志的场效应管

5.用测反向电阻值的变化判断跨导的大小

判断方法

1.结型场效应管的管脚识别

2.判定栅极

3.估测场效应管的放大能力

产品特性

电气特性

参数符号

注意事项

使用优势

应用领域

应用特点

基本特点

工作原理

主要参数

1.直流参数

2.交流参数

3.极限参数

型号命名

主要作用

试验测试

分类简介

1.结型场效应管（JFET）

2.绝缘栅场效应管（MOS管）

测量方法

1.用测电阻法判别结型场效应管的电极

2.用测电阻法判别场效应管的好坏

3.用感应信号输人法估测场效应管的放大能力

4.用测电阻法判别无标志的场效应管

5.用测反向电阻值的变化判断跨导的大小

∙判断方法

1.结型场效应管的管脚识别

2.判定栅极

3.估测场效应管的放大能力

∙产品特性

∙电气特性

∙参数符号

∙注意事项

∙使用优势

∙应用领域

∙应用特点

展开

编辑本段基本特点

　　场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点：

场效应管

（1）场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID；

（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声，所以噪声低。

编辑本段工作原理

　　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，表示的过渡层的扩展因为不很

场效应管

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。

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。

因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。

其次，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。

编辑本段主要参数

直流参数

　　饱和漏极电流IDSS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UP它可定义为：

当UDS一定时，使ID减小到一个微小的电流时所需的UGS。

场效应管

开启电压UT它可定义为：

当UDS一定时，使ID到达某一个数值时所需的UGS。

交流参数

　　低频跨导gm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UDS。

　　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。

编辑本段型号命名

　　有两种命名方法。

　　第一种命名方法与双极型三极管相同，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。

编辑本段主要作用

　　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。

编辑本段试验测试

　　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

场效应管

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，黑表笔接的也是栅极。

　　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，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。

如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。

　　由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。

少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。

无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。

本方法也适用于测MOS管。

为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。

　　MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一。

[1]

编辑本段分类简介

　　场效应管分结型、绝缘栅型（MOS）两大类。

按沟道材料型和绝缘栅型各分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。

场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）。

结型场效应管（JFET）

　　1、结型场效应管的分类：

结型场效应管有两种结构形式，它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管。

　　结型场效应管也具有三个电极，它们是：

栅极；漏极；源极。

电路符号中栅极的箭头

场效应管

方向可理解为两个PN结的正向导电方向。

2、结型场效应管的工作原理（以N沟道结型场效应管为例），N沟道结构型场效应管的结构及符号，由于PN结中的载流子已经耗尽，故PN基本上是不导电的，形成了所谓耗尽区，当漏极电源电压ED一定时，如果栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流ID就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，ID变大，所以用栅极电压EG可以控制漏极电流ID的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。

绝缘栅场效应管（MOS管）

　　1、绝缘栅场效应管的分类：

绝缘栅场效应管也有两种结构形式，它们是N沟道型和P沟道型。

无论是什么沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。

　　2、它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属—氧化物—半导体场效应管，简称MOS场效应管。

　　3、绝缘栅型场效应管的工作原理（以N沟道增强型MOS场效应管）它是利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。

在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。

当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。

　　场效应管的式作方式有两种：

当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型，当栅压为零，漏极电流也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。

编辑本段测量方法

用测电阻法判别结型场效应管的电极

　　根据场效应管的PN结正、反向电阻值不一样的现象，可以判别出结型场效应管的三个

场效应管

电极。

具体方法：

将万用表拨在R×1k档上，任选两个电极，分别测出其正、反向电阻值。

当某两个电极的正、反向电阻值相等，且为几千欧姆时，则该两个电极分别是漏极D和源极S。

因为对结型场效应管而言，漏极和源极可互换，剩下的电极肯定是栅极Ｇ。

也可以将万用表的黑表笔（红表笔也行）任意接触一个电极，另一只表笔依次去接触其余的两个电极，测其电阻值。

当出现两次测得的电阻值近似相等时，则黑表笔所接触的电极为栅极，其余两电极分别为漏极和源极。

若两次测出的电阻值均很大，说明是PN结的反向，即都是反向电阻，可以判定是N沟道场效应管，且黑表笔接的是栅极；若两次测出的电阻值均很小，说明是正向PN结，即是正向电阻，判定为P沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。

若不出现上述情况，可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试，直到判别出栅极为止。

用测电阻法判别场效应管的好坏

　　测电阻法是用万用表测量场效应管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极G1与栅极G2之间的电阻值同场效应管手册标明的电阻值是否相符去判别管的好坏。

具体方法：

首先将万用表置于Ｒ×10或Ｒ×100档，测量源极S与漏极D之间的电阻，通常在几十欧到几千欧范围（在手册中可知，各种不同型号的管，其电阻值是各不相同的），如果测得阻值大于正常值，可能是由于内部接触不良；如果测得阻值是无穷大，可能是内部断极。

然后把万用表置于R×10ｋ档，再测栅极G1与G2之间、栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻值，当测得其各项电阻值均为无穷大，则说明管是正常的；若测得上述各阻值太小或为通路，则说明管是坏的。

要注意，若两个栅极在管内断极，可用元件代换法进行检测。

用感应信号输人法估测场效应管的放大能力

　　具体方法：

用万用表电阻的R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，给场效应管加上1.5Ｖ的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。

然后用手捏住结型场效应管的栅极G，将人体的感应电压信号加到栅极上。

这样，由于管的放大作用，漏源电压VDS和漏极电流Iｂ都要发生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。

如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。

场效应管

根据上述方法，用万用表的R×100档，测结型场效应管3DJ2F。

先将管的Ｇ极开路，测得漏源电阻RDS为600Ω，用手捏住G极后，表针向左摆动，指示的电阻RDS为12kΩ，表针摆动的幅度较大，说明该管是好的，并有较大的放大能力。

　　运用这种方法时要说明几点：

首先，在测试场效应管用手捏住栅极时，万用表针可能向右摆动（电阻值减小），也可能向左摆动（电阻值增加）。

这是由于人体感应的交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同（或者工作在饱和区或者在不饱和区）所致，试验表明，多数管的RDS增大，即表针向左摆动；少数管的RDS减小，使表针向右摆动。

但无论表针摆动方向如何，只要表针摆动幅度较大，就说明管有较大的放大能力。

第二，此方法对MOS场效应管也适用。

但要注意，MOS场效应管的输人电阻高，栅极G允许的感应电压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金属杆去碰触栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极，引起栅极击穿。

第三，每次测量完毕，应当G-S极间短路一下。

这是因为G-S结电容上会充有少量电荷，建立起VGS电压，造成再进行测量时表针可能不动，只有将G-S极间电荷短路放掉才行。

用测电阻法判别无标志的场效应管

　　首先用测量电阻的方法找出两个有电阻值的管脚，也就是源极S和漏极D，余下

场效应管

两个脚为第一栅极G1和第二栅极G2。

把先用两表笔测的源极S与漏极D之间的电阻值记下来，对调表笔再测量一次，把其测得电阻值记下来，两次测得阻值较大的一次，黑表笔所接的电极为漏极D；红表笔所接的为源极S。

用这种方法判别出来的S、D极，还可以用估测其管的放大能力的方法进行验证，即放大能力大的黑表笔所接的是D极；红表笔所接地是8极，两种方法检测结果均应一样。

当确定了漏极D、源极S的位置后，按D、S的对应位置装人电路，一般G1、G2也会依次对准位置，这就确定了两个栅极G1、G2的位置，从而就确定了D、S、G1、G2管脚的顺序。

用测反向电阻值的变化判断跨导的大小

　　对VMOSV沟道增强型场效应管测量跨导性能时，可用红表笔接源极S、黑表笔接漏极D，这就相当于在源、漏极之间加了一个反向电压。

此时栅极是开路的，管的反向电阻值是很不稳定的。

将万用表的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档，此时表内电压较高。

当用手接触栅极G时，会发现管的反向电阻值有明显地变化，其变化越大，说明管的跨导值越高；如果被测管的跨导很小，用此法测时，反向阻值变化不大。

编辑本段判断方法

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

场效应管

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）。

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，黑表笔接的也是栅极。

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。

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

场效应管

作为输入信号加到栅极上。

由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。

如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。

由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。

少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。

无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。

　　本方法也适用于测MOS管。

为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。

　　MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下即可。

编辑本段产品特性

（1）转移特性：

栅极电压对漏极电流的控制作用称为转移特性。

（2）输出特性：

UDS与ID的关系称为输出特性。

　　（3）结型场效应管的放大作用：

结型场效应管的放大作用一般指的是电压放大作用。

编辑本段电气特性

　　场效应管与晶体管在电气特性方面的主要区别有以下几点：

　　贴片场效应管

场效应管

1：

场效应管是电压控制器件，管子的导电情况取决于栅极电压的高低。

晶体管是电流控制器件，管子的导电情况取决于基极电流的大小。

2：

场效应管漏源静态伏安特性以栅极电压UGS为参变量，晶体管输出特性曲线以基极电流Ib为参变量。

　　3：

场效应管电流IDS与栅极UGS之间的关系由跨导Gm决定，晶体管电流Ic与Ib之间的关系由放大系数β决定。

也就是说，场效应管的放大能力用Gm衡量，晶体管的放大能力用β衡量。

　　4：

场效应管的输入阻抗很大，输入电流极小；晶体管输入阻抗很小，在导电时输入电流较大。

　　5：

一般场效应管功率较小，晶体管功率较大。

编辑本段参数符号

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）

IDS---漏源电流

IDSM---最大漏源电流

IDSS---栅-源短路时，漏极电流

IDS（sat）---沟道饱和电流（漏源饱和电流）

IG---栅极电流（直流）

IGF---正向栅电流

IGR---反向栅电流

IGDO---源极开路时，截止栅电流

IGSO---漏极开路时，截止栅电流

IGM---栅极脉冲电流

IGP---栅极峰值电流

IF---二极管正向电流

IGSS---漏极短路时截止栅电流

IDSS1---对管第一管漏源饱和电流

IDSS2---对管第二管漏源饱和电流

Iu---衬底电流

Ipr---电流脉冲峰值（外电路参数）

gfs---正向跨导

Gp---功率增益

Gps---共源极中和高频功率增益

GpG---共栅极中和高频功率增益

GPD---共漏极中和高频功率增益

ggd---栅漏电导

gds---漏源电导

K---失调电压温度系数

Ku---传输系数

L---负载电感（外电路参数）

LD---漏极电感

Ls---源极电感

rDS---漏源电阻

rDS（on）---漏源通态电阻

rDS（of）---漏源断态电阻

rGD---栅漏电阻

rGS---栅源电阻

Rg---栅极外接电阻（外电路参数）

RL---负载电阻（外电路参数）

R（th）jc---结壳热阻

R（th）ja---结环热阻

PD---漏极耗散功率

PDM---漏极最大允许耗散功率

PIN--输入功率

POUT---输出功率

PPK---脉冲功率峰值（外电路参数）

to（on）---开通延迟时间

td（off）---关断延迟时间

ti---上升时间

ton---开通时间

toff---关断时间

tf---下降时间

trr---反向恢复时间

Tj---结温

Tjm---最大允许结温

Ta---环境温度

Tc---管壳温度

Tstg---贮成温度

VDS---漏源电压（直流）

VGS---栅源电压（直流）

VGSF--正向栅源电压（直流）

VGSR---反向栅源电压（直流）

VDD---漏极（直流）电源电压（外电路参数）

VGG---栅极（直流）电源电压（外电路参数）

Vss---源极（直流）电源电压（外电路参数）

VGS（th）---开启电压或阀电压

V（BR）DSS---漏源击穿电压

V（BR）GSS---漏源短路时栅源击穿电压

VDS（on）---漏源通态电压

VDS（sat）---漏源饱和电压

VGD---栅漏电压（直流）

Vsu---源衬底电压（直流）

VDu---漏衬底电压（直流）

VGu---栅衬底电压（直流）

Zo---驱动源内阻

η---漏极效率（射频功率管）

Vn---噪声电压

aID---漏极电流温度系数

ards---漏源电阻温度系数

编辑本段注意事项

（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

场效应管

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。

　　（6）使用VMOS管时必须加合适的散热器后。

以VNF3