場(chǎng)效應(yīng)管原理

場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常簡(jiǎn)稱為場(chǎng)效應(yīng)管，是一種應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)原理工作的半導(dǎo)體器件，外形如圖4.21所示。和普通雙極型晶體管相比擬，場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特性，得到了越來(lái)越普遍的應(yīng)用。

場(chǎng)效應(yīng)管的品種很多，主要分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管兩大類，又都有N溝道和P溝道之分。

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管也叫做金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱為MOS場(chǎng)效應(yīng)管，分為耗盡型MOS管和加強(qiáng)型MOS管。

場(chǎng)效應(yīng)管還有單柵極管和雙柵極管之分。雙柵場(chǎng)效應(yīng)管具有兩個(gè)相互獨(dú)立的柵極G1和G2，從構(gòu)造上看相當(dāng)于由兩個(gè)單柵場(chǎng)效應(yīng)管串聯(lián)而成，其輸出電流的變化受到兩個(gè)柵極電壓的控制。雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的這種特性，在作為高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解調(diào)器運(yùn)用時(shí)會(huì)帶來(lái)很大便當(dāng)。

怎樣識(shí)別場(chǎng)效應(yīng)管

場(chǎng)效應(yīng)管的文字符號(hào)為“VT”，圖形符號(hào)如圖4-22所示。

場(chǎng)效應(yīng)管普通具有3個(gè)引腳，分別是柵極G、源極s和漏極D，它們的功用分別對(duì)應(yīng)于雙極型晶體管的基極b、發(fā)射極e和集電極c。由于場(chǎng)效應(yīng)管的源極s和漏極D是對(duì)稱的，實(shí)踐運(yùn)用中能夠互換。雙柵極場(chǎng)效應(yīng)管具有4個(gè)引腳，分別是柵極G1和G2、源極S和漏極D。常用場(chǎng)效應(yīng)管的引腳如圖4-23所示，運(yùn)用中應(yīng)注意識(shí)別。

場(chǎng)效應(yīng)管有什么特點(diǎn)

場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)由柵極電壓UG控制其漏極電流ID。和普通雙極型晶體管相比擬，場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特性。

場(chǎng)效應(yīng)管的基本工作原理如圖4- 24所示（以結(jié)型N溝道管為例）。由于柵極G接有負(fù)偏壓（-UG），在G左近構(gòu)成耗盡層。

當(dāng)負(fù)偏壓（-UG）的絕對(duì)值增大時(shí)，耗盡層增大，溝道減小，漏極電流ID減小。當(dāng)負(fù)偏壓（-Uc）的絕對(duì)值減小時(shí)，耗盡層減小，溝道增大，漏極電流ID增人。可見(jiàn)，漏極電流ID受柵極電壓的控制，所以場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件，即經(jīng)過(guò)輸入電壓的變化來(lái)控制輸出電流的變化，從而到達(dá)放大等目的。

和雙極型晶體管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管用于放大等電路時(shí)，其柵極也應(yīng)加偏置電壓。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極應(yīng)加反向偏置電壓，即N溝道管加負(fù)柵壓，P溝道管加正柵壓。加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)加正向柵壓。耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵壓可正、可負(fù)、可為“0”，見(jiàn)表4-2。加偏置的辦法有固定偏置法、自給偏置法、直接耦合法等。

怎樣理解場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)

場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但普通運(yùn)用時(shí)只需關(guān)注以下主要參數(shù)：飽和漏源電流IDss、夾斷電壓Ue，（結(jié)型管和耗盡型絕緣柵管）或開(kāi)啟電壓JT（加強(qiáng)型絕緣柵管）、跨導(dǎo)gm、漏源擊穿電壓BUDS最大耗散功率PDSM和最大漏源電流IDSM。

(1)飽和漏源電流

飽和漏源電流IDSS是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電壓UGS=O時(shí)的漏源電流。

(2)夾斷電壓

夾斷電壓UP是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。如圖4-25所示為N溝道管的UGS-ID曲線，可明白看出IDSS和UP的意義。如圖4-26所示為P溝道管的UGS-ID曲線。

(3)開(kāi)啟電壓

開(kāi)啟電壓UT是指加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。如圖4-27所示為N溝道管的UGS-ID曲線，可明白看出UT的意義。如圖4-28所示為P溝道管的UGS-ID曲線。

(4)跨導(dǎo)

跨導(dǎo)gm，是表示柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制才能，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化餐的比值。gm是權(quán)衡場(chǎng)效應(yīng)管放大才能的重要參數(shù)。

(5)漏源擊穿電壓

漏源擊穿電壓BUDS是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能接受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必需小于BUDS。

(6)最大耗散功率

最大耗散功率PDSM也是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。運(yùn)用時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)踐功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。
(7)最大漏源電流

最大漏源電流IDSM是另一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許經(jīng)過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超越IDSM。場(chǎng)效應(yīng)管的主要作用是放大、恒流、阻抗變換、可變電阻和電子開(kāi)關(guān)等。

場(chǎng)效應(yīng)管有哪些用途

(1)放大

場(chǎng)效應(yīng)管具有放大作用。如圖4-29所示為場(chǎng)效應(yīng)管放大器，輸入信號(hào)Ui經(jīng)C1耦合至場(chǎng)效應(yīng)管VT的柵極，與原來(lái)的柵極負(fù)偏壓相疊加，使其漏極電流ID相應(yīng)變化，并在負(fù)載電阻RD上產(chǎn)生壓降，經(jīng)C2隔離直流后輸出，在輸出端即得到放大了的信號(hào)電壓Uo。ID與Ui同相，Uo與ui反相。由于場(chǎng)效府管放大器的輸入阻抗很高，因而耦合電容能夠容最較小，不用運(yùn)用電解電容器。

(2)恒流

場(chǎng)效應(yīng)管能夠便當(dāng)?shù)貥?gòu)成恒流源，電路如圖4-30所示。恒流原理是假如經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流ID因故增大，源極電阻Rs上構(gòu)成的負(fù)柵壓也隨之增大，迫使ID回落，反之亦然，使ID堅(jiān)持恒定。恒定電流 式中Up為場(chǎng)效應(yīng)管夾斷電壓。

(3)阻抗變換

場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗十分合適作阻抗變換。如圖4-31所示為場(chǎng)效應(yīng)管源極輸出器，電路構(gòu)造與晶體三極管射極跟隨器相似，但由于場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件，輸入阻抗極高，因而場(chǎng)效應(yīng)管源極輸出用具有更高的輸入阻抗Zi和較低的輸出阻抗Zo，常用于多級(jí)放大器的高阻抗輸入級(jí)作阻抗變換。

(4)可變電阻

場(chǎng)效應(yīng)管能夠用作可變電阻。如圖4-32所示為自動(dòng)電平控制電路，當(dāng)輸人信號(hào)Ui增大招致Uo增大時(shí)，由Uo經(jīng)二極管VD負(fù)向整流后構(gòu)成的柵極偏壓-UG的絕對(duì)值也增大，使場(chǎng)效應(yīng)管VT的等效電阻增大，R1與其的分壓比減小，使進(jìn)入放大器的信號(hào)電壓減小，最終使Uo堅(jiān)持根本不變。

(5)電子開(kāi)關(guān)

場(chǎng)效應(yīng)管能夠用作電子開(kāi)關(guān)。如圖4-33所示為直流信號(hào)調(diào)制電路，場(chǎng)效應(yīng)管VT1、VT2下作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其柵極分別接人頻率相同、相位相反的方波電壓。當(dāng)VTi導(dǎo)通VT2截止時(shí)，Ui向C充電；當(dāng)VT1截VT2導(dǎo)通時(shí)，C放電；其輸出Uo便是與輸入直流電壓Ui相關(guān)的交變電壓。

怎樣選用場(chǎng)效應(yīng)管

常用場(chǎng)效應(yīng)管主要有結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管、耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管、加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管、雙柵場(chǎng)效應(yīng)管、功率場(chǎng)效應(yīng)管等。

(1)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管因其具有兩個(gè)PN結(jié)而得名。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，柵極應(yīng)加負(fù)偏壓（相對(duì)漏極而言）。關(guān)于N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，漏極加正電壓，柵極加負(fù)電壓。關(guān)于P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，漏極加負(fù)電壓，柵極加正電壓。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的性能特性是當(dāng)柵極電壓UGS=0時(shí)管子導(dǎo)通，漏極電流ID到達(dá)最大值。柵極電壓的絕對(duì)值越大ID越小，直至管子截止。如圖4-34所示為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線（UGS-ID曲線）。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管具有很高的輸入阻抗，為107～lO9Q。常用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管有3DJ系列，以及進(jìn)口的2SJ系列和2SK系列等。

(2)耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管因柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層而得名，分為耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管和加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管兩類。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管具有極高的輸入阻抗，為109～1015Ω。

耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的性能特性是當(dāng)柵極電壓UGS=O時(shí)管子有一定的漏極電流ID。關(guān)于N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，漏極加正電壓，柵極電壓從“0”逐步上升時(shí)漏極電流ID逐步增大，柵極電壓從“o”逐步降落時(shí)漏極電流ID逐步減小直至截止。列于P溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，漏極加負(fù)電壓，柵極電壓從“0”逐步降落時(shí)漏極電流In逐步增大，柵極電壓從“o”逐步上升時(shí)漏極電流ID逐步減小直至截止。

如圖4-35所示為耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線（UGS - ID曲線）。常用耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管有3D01、3D02、3D04等。

(3)加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，柵極應(yīng)加正偏壓（即與漏極電壓相同）。關(guān)于N溝道加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，漏極和柵極均加正電壓。關(guān)于P溝道加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，漏極和柵極均加負(fù)電壓。

加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的性能特性是當(dāng)柵極電壓UGS=0時(shí)管子截止。柵極電壓的絕對(duì)值到達(dá)開(kāi)啟電壓UT時(shí)開(kāi)端有漏極電流ID，柵極電壓的絕對(duì)值越大漏極電流ID越大。

如圖4-36所示為加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線（UGS-ID曲線）。常用的加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管有3CO1、3C02、3CO3、3CO6、3DO3, 3DO6等。

(4)雙柵場(chǎng)效應(yīng)管

雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性是具有兩個(gè)相互獨(dú)立的柵極G1和G2，從構(gòu)造上看相當(dāng)于兩個(gè)單柵場(chǎng)效應(yīng)管的串聯(lián)體，如圖4-37所示。

雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸出電流遭到兩個(gè)柵極電壓的控制。雙柵場(chǎng)效應(yīng)管的這種特性使得其用作高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解凋器時(shí)帶來(lái)很大便當(dāng)。
雙柵場(chǎng)效應(yīng)管也有結(jié)型和絕緣柵型、N溝道和P溝道之分。常用結(jié)型雙柵場(chǎng)效應(yīng)管有4DJ系列，常用絕緣柵型雙柵場(chǎng)效應(yīng)管有4DO系列等。

(5)功率場(chǎng)效應(yīng)管

功率場(chǎng)效應(yīng)管也稱為VMOS場(chǎng)效應(yīng)管，因其金屬柵極采用V形槽構(gòu)造而得名，它也屬于絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。

功率場(chǎng)效應(yīng)管是一種性能優(yōu)秀的電壓控制型功率開(kāi)關(guān)器件，具有輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)電流小、電壓增益高、耐1i；高、工作電流大、輸出功率大、開(kāi)關(guān)速度快、導(dǎo)通電阻小、熱穩(wěn)定性好、過(guò)載才能強(qiáng)等特性，在功率放大器、開(kāi)關(guān)電源、逆變器、電動(dòng)機(jī)控制和調(diào)速等場(chǎng)所應(yīng)用普遍。

常用功率場(chǎng)效應(yīng)管有M'系列、VN系列、IRF系列等。

怎樣檢測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管

場(chǎng)效應(yīng)管能夠用萬(wàn)用表電阻撓停止引腳辨認(rèn)和檢測(cè)。

(1)引腳辨認(rèn)與檢測(cè)

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的引腳辨認(rèn)辦法如圖4-38所示，將萬(wàn)用表置于“RXlk”擋，用兩表筆分別丈量每?jī)蓚€(gè)引腳間的正、反向電阻。當(dāng)某兩個(gè)引腳間的正、反向電阻相等，均為數(shù)千歐時(shí)，則這兩個(gè)引腳為漏極D和源極s（可互換），余下的一個(gè)引足跡為柵極G。

(2)辨別N溝道場(chǎng)效應(yīng)管和P溝道場(chǎng)效應(yīng)管

如圖4-39所示，將萬(wàn)用表置于“R*1K擋，黑表筆接?xùn)艠OG，紅表筆分別接另外兩引腳，假如測(cè)得兩個(gè)電阻值均很大，則為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管。假如測(cè)得兩個(gè)電阻值均很小，則為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管。假如丈量結(jié)果不契合以上兩步，則闡明該場(chǎng)效應(yīng)管已壞或性能不良。

(3)估測(cè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管放大才能

將萬(wàn)用表置于“RX100”擋，兩表筆分別接漏極D和源極S，然后用手捏住柵極G（注入人體感應(yīng)電壓），表針應(yīng)向左或向右擺動(dòng)，如圖4-40所示。表針擺動(dòng)幅度越大闡明場(chǎng)效應(yīng)管的放大才能越大。假如表針不動(dòng)，闡明該管已壞。

(4)估測(cè)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管放大才能

估測(cè)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）放大才能時(shí)，由于其輸入阻抗很高，為避免人體感應(yīng)電壓惹起柵極擊穿，不要用手直接接觸柵極G，而應(yīng)手拿螺釘旋具的絕緣柄，用螺釘旋具的金屬桿去接觸柵極G，如圖4-41所示。判別辦法與丈量結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相同。

聯(lián)系方式：鄒先生

聯(lián)系電話：0755-83888366-8022

手機(jī)：18123972950

QQ：2880195519

聯(lián)系地址：深圳市福田區(qū)車公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1

關(guān)注KIA半導(dǎo)體工程專輯請(qǐng)搜微信號(hào):“KIA半導(dǎo)體”或點(diǎn)擊本文下方圖片掃一掃進(jìn)入官方微信“關(guān)注”

長(zhǎng)按二維碼識(shí)別關(guān)注