2022年场效应管基础知识很全 .pdf

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1、场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写 (FET) ）简称场效应管。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。它属于电压控制型半导体器件， 具有输入电阻高 （108W 109W ） 、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。一、场效应管的分类场效应管分结型、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 ）

2、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MOS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

3、大类。见下图。二、场效应晶体管的型号命名方法现行场效应管有两种命名方法。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，#用字母代精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页表同一型号中的不同规格。例如CS14A 、CS45G 等。三、场

4、效应管的参数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

5、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 几种常用的场效应的主要参数四、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。五、

6、场效应管的测试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R1k 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KW 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。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，

7、 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页3、估测场效应管的放大能力将万用表拨到R100 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，UD

8、S 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

9、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。目前常用的结型场效应管和MOS 型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。六、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-Semiconductor Field-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1015W ） 。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 （

10、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

11、 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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页国产 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“

12、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R100 档，首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻

13、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

14、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

15、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精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 6 页场效应管输入阻抗高（108W） 、驱动电流小（左右0.1mA 左右） ，还具有耐压高（最高可耐压1200V ） 、工作电流大（1.5A 100A ） 、输出

16、功率高（1250W ） 、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

17、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。表 1 列出六种VMOS 管的主要参数。 其中，IRFPC50 的外型如右上图所示。VMOS 场效应管的检测方法（1） 判定栅极G 将万用表拨至R1k 档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大，则证明此脚为G 极，因为它和另外两个管脚是绝缘的。（2） 判定源极S、漏极 D 由图 1 可见，

18、在源 -漏之间有一个PN 结，因此根据 PN 结正、 反向电阻存在差异，可识别 S极与 D 极。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几千欧）的一次为正向电阻，此时黑表笔的是S 极，红表笔接D 极。（3） 测量漏 -源通态电阻RDS （on ）将 G-S 极短路，选择万用表的R1 档，黑表笔接S 极，红表笔接D 极，阻值应为几欧至十几欧。由于测试条件不同，测出的RDS （on）值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500 型万用表 R1 档实测一只IRFPC50型 VMOS 管， RDS（on） =3.2W ， 大于 0.58W（典型值）。（4） 检查跨导将万用表置于R1k（

19、或 R100）档，红表笔接S 极，黑表笔接D 极，手持螺丝刀去碰触栅极，表针应有明显偏转，偏转愈大，管子的跨导愈高。注意事项：（1） VMOS 管亦分 N 沟道管与 P 沟道管， 但绝大多数产品属于N 沟道管。对于 P 沟道管，测量时应交换表笔的位置。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页（2）有少数VMOS 管在 G-S 之间并有保护二极管，本检测方法中的1、2 项不再适用。（3）目前市场上还有一种VMOS 管功率模块， 专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国 IR 公司生产的IRFT001 型模块，内部有N 沟道、

20、 P 沟道管各三只，构成三相桥式结构。（4）现在市售VNF 系列（ N 沟道）产品，是美国Supertex 公司生产的超高频功率场效应管， 其最高工作频率fp=120MHz ， IDSM=1A ， PDM=30W ， 共源小信号低频跨导gm=2000mS 。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。（5）使用 VMOS 管时必须加合适的散热器后。以VNF306 为例，该管子加装1401404（mm ）的散热器后，最大功率才能达到30W 七、场效应管与晶体管的比较（1）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。（2）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。（3）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。（4）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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页