2022年场效应管基础知识很全.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 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加导电 ,因此称为双极型晶体管 ,而FET 仅是由多数载流子参加导电 ,它与双极型相反 ,也称为单极型晶体管；它属于电压掌握型半导体器件, 具有输入电阻高 （108W 109W ）、噪声小、 功耗低、 动态范畴大、 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

2、有两个 PN 结而得名,绝缘栅型场效应管（JGFET ）就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 ）；此外仍有 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；如按导电方式来划分, 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

3、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；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；名师归纳总结 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 代表绝缘栅场效第 1 页,共 6 页应管；其次位字母代表材料,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；其次种命名方法是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 - - - - - - - - - 表同一型

4、号中的不同规格；例如 CS14A 、CS45G 等；三、场效应管的参数 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 的掌握才能,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才能的重要参数；5、BUDS 漏源击穿电压；是指栅源电压UGS 肯定时,场效应管正常工作所能承担的最大漏源电压；这是一

5、项极限参数,加在场效应管上的工作电压必需小于 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答应的最大漏源耗散功率；使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM 并留有肯定余量；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,漏源间所答应通 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特别适合作阻抗变换；3、场效应管可以用作可变电阻；4、场效应管可以便利地用

6、作恒流源；常用于多级放大器的输入级作阻抗变换；5、场效应管可以用作电子开关；五、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 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 KW 时,就这两个管脚为漏极 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；如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

7、场效应管,黑表笔接的也是栅极；制造工艺打算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；留意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极；由于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,简单将管子损坏；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3、估测场效应管的放大才能将万用表拨到 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

8、 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,可观看到表针有较大幅度的摇摆；假如手捏栅极时表针摇摆 很小,说明管子的放大才能较弱；如表针不动,说明管子已经损坏；由于人体感应的 50Hz 沟通电压较高, 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摇摆,也可能向左摇摆；少数的管子 RDS 减小,使表针向右摇摆,多数管子的RDS 增大,表针向左摇摆；无论表针的摇摆方向如何,只要能有明显地摇摆,就说明管子具有放大才能；本方法也适用于测MOS 管；为了

9、爱护MOS 场效应管,必需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；目前常用的结型场效应管和 MOS 型绝缘栅场效应管的管脚次序如下图所示；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

10、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 （基板）与源极 S 接在一起； 依据导电方式的不同,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；耗尽型就是指,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

11、 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,名师归纳总结 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 逐步上升,受第 3 页,共 6 页栅极正电压的吸引,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 沟道管开头导通,形成漏极电流ID；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 国产 N 沟道 MOSFET 的典型产品有3DO1

12、 、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-源极间电容又特别小,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,防止积存静电荷；管子不用时,全部引线也应短接；在测量时应特别当心,并实行相应的防静电感措施；MOS 场效应管的检测方法（1）预备工作测量之前,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

13、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,第一确定栅极；如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,据此很简单确定 S 极；（3）检查放大才能（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

14、为 G2 极；目前有的 MOSFET 管在 G-S 极间增加了爱护二极管,平常就不需要把各管脚短路了；MOS 场效应晶体管使用留意事项；MOS 场效应晶体管在使用时应留意分类,不能随便互换；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,使用时应留意以下规章：（1）. MOS 器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行任凭拿个塑料袋装；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）. 焊接用的电烙铁必需良好接地；（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

15、成后在分开；（5）. MOS 器件各引脚的焊接次序是漏极、源极、栅极；拆机时次序相反；（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答应条件下,最好接入爱护二极管；在检修电路时应注名师归纳总结 意查证原有的爱护二极管是否损坏；2、VMOS 场效应管第 4 页,共 6 页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之后新进展起来的高效、功率开关器件；它不仅继承了MOS- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - -

16、- - 场效应管输入阻抗高（108W）、驱动电流小（左右0.1mA 左右）,仍具有耐压高（最高可耐压 1200V ）、工作电流大（1.5A 100A ）、输出功率高（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淌；VMOS管就不同,从左下图上可以看出其两大结构特点 :第一,金属栅极采纳V 型槽结构；其次,具有垂直导电性；由于漏极是从芯片的背

17、面引出,所以 ID 不是沿芯片水平流淌,而是自重掺杂 N+ 区（源极 S）动身,经过 P 沟道流入轻掺杂 N-漂移区,最终垂直向下到达漏极 D；电流方向如图中箭头所示,由于流通截面积增大, 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；（1）判定栅极 G VMOS 场效应管的检测方法将万用表拨至R 1k 档分别测量三个管

18、脚之间的电阻；如发觉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,就证明此脚为 缘的；（2）判定源极 S、漏极 D G 极,由于它和另外两个管脚是绝由图 1 可见, 在源 -漏之间有一个PN 结,因此依据 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；D 极,阻值应为几欧至十（3）测量漏 -源通态电阻RDS （on ）S 极,红表笔接将 G-S 极短路,挑选万用表的R 1 档,黑表笔接几欧；由于测试条件不同,测出的 RDS （on ）值比手册中给出的典型

19、值要高一些；例如用 500 型万用表 R 1 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R 1k（或 R 100 ）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；留意事项：（1）VMOS 管亦分 N 沟道管与 P 沟道管, 但绝大多数产品属于 测量时应交换表笔的位置；N 沟道管；对于 P 沟道管,名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - （2）有少数 VMOS 管在 G-S 之间并有爱

20、护二极管,本检测方法中的 1、2 项不再适用；（3）目前市场上仍有一种 VMOS 管功率模块, 专供沟通电机调速器、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、 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 管时必需加合适的散热器后；以VNF306 为例,该管子加装140 140 4（mm

21、）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）场效应管是电压掌握元件,而晶体管是电流掌握元件；在只答应从信号源取较少电流的情形下, 应选用场效应管；而在信号电压较低,选用晶体管；又答应从信号源取较多电流的条件下,应（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,敏捷性比晶体管好；（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便利地把 许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；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页