場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

　　下面分為幾個(gè)方面給大家介紹一下場(chǎng)效應(yīng)管工作原理，對(duì)于學(xué)習(xí)電子方面的同學(xué)，非常有幫助的。

　　場(chǎng)效應(yīng)管工作原理(1)

　　場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高(108～109Ω)、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。

　　一、場(chǎng)效應(yīng)管的分類

　　場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)因有兩個(gè)PN結(jié)而得名，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(JGFET)則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS管(即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET);此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管，以及最近剛問世的πMOS場(chǎng)效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。

　　按溝道半導(dǎo)體材料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分，場(chǎng)效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。

　　場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。而MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型;P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。見下圖。

　　二、場(chǎng)效應(yīng)三極管的型號(hào)命名方法

　　現(xiàn)行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，O代表絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型層是N溝道;C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結(jié)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管，3DO6C 是絕緣柵型N溝道場(chǎng)效應(yīng)三極管。

　　第二種命名方法是CS××#，CS代表場(chǎng)效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號(hào)的序號(hào)，#用字母代表同一型號(hào)中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。

　　三、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)，但一般使用時(shí)關(guān)注以下主要參數(shù)：

　　1、I DSS — 飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電壓U GS=0時(shí)的漏源電流。

　　2、UP — 夾斷電壓。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。

　　3、UT — 開啟電壓。是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。

　　4、gM — 跨導(dǎo)。是表示柵源電壓U GS — 對(duì)漏極電流I D的控制能力，即漏極電流I D變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM 是衡量場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。

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

　　6、PDSM — 最大耗散功率。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。使用時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。

　　7、IDSM — 最大漏源電流。是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM

　　幾種常用的場(chǎng)效應(yīng)三極管的主要參數(shù)

　　四、場(chǎng)效應(yīng)管的作用

　　1、場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。

　　2、場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。

　　3、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。

　　4、場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。

　　5、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。

　　五、場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)試

　　1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的管腳識(shí)別：

　　場(chǎng)效應(yīng)管的柵極相當(dāng)于晶體管的基極，源極和漏極分別對(duì)應(yīng)于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬用表置于R×1k檔，用兩表筆分別測(cè)量每?jī)蓚€(gè)管腳間的正、反向電阻。當(dāng)某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等，均為數(shù)KΩ時(shí)，則這兩個(gè)管腳為漏極D和源極S(可互換)，余下的一個(gè)管腳即為柵極G。對(duì)于有4個(gè)管腳的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，另外一極是屏蔽極(使用中接地)。

　　2、判定柵極

　　用萬用表黑表筆碰觸管子的一個(gè)電極，紅表筆分別碰觸另外兩個(gè)電極。若兩次測(cè)出的阻值都很小，說明均是正向電阻，該管屬于N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，黑表筆接的也是柵極。

　　制造工藝決定了場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極是對(duì)稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區(qū)分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。

　　注意不能用此法判定絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極。因?yàn)檫@種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測(cè)量時(shí)只要有少量的電荷，就可在極間電容上形成很高的電壓，容易將管子損壞。

　　3、估測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力

　　將萬用表?yè)艿絉×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，相當(dāng)于給場(chǎng)效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓。這時(shí)表針指示出的是D-S極間電阻值。然后用手指捏柵極G，將人體的感應(yīng)電壓作為輸入信號(hào)加到柵極上。由于管子的放大作用，UDS和ID都將發(fā)生變化，也相當(dāng)于D-S極間電阻發(fā)生變化，可觀察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極時(shí)表針擺動(dòng)很小，說明管子的放大能力較弱;若表針不動(dòng)，說明管子已經(jīng)損壞。

　　由于人體感應(yīng)的50Hz交流電壓較高，而不同的場(chǎng)效應(yīng)管用電阻檔測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同，因此用手捏柵極時(shí)表針可能向右擺動(dòng)，也可能向左擺動(dòng)。少數(shù)的管子RDS減小，使表針向右擺動(dòng)，多數(shù)管子的RDS增大，表針向左擺動(dòng)。無論表針的擺動(dòng)方向如何，只要能有明顯地?cái)[動(dòng)，就說明管子具有放大能力。

　　本方法也適用于測(cè)MOS管。為了保護(hù)MOS場(chǎng)效應(yīng)管，必須用手握住螺釘旋具絕緣柄，用金屬桿去碰柵極，以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極上，將管子損壞。

　　MOS管每次測(cè)量完畢，G-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷，建立起電壓UGS，再接著測(cè)時(shí)表針可能不動(dòng)，此時(shí)將G-S極間短路一下即可。

　　目前常用的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和MOS型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的管腳順序如下圖所示。

　　六、常用場(chǎng)效用管

　　1、MOS場(chǎng)效應(yīng)管

　　即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)管，英文縮寫為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)，屬于絕緣柵型。其主要特點(diǎn)是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻(最高可達(dá)1015Ω)。它也分N溝道管和P溝道管，符號(hào)如圖1所示。通常是將襯底(基板)與源極S接在一起。根據(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強(qiáng)型、耗盡型。所謂增強(qiáng)型是指：當(dāng)VGS=0時(shí)管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強(qiáng)”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。耗盡型則是指，當(dāng)VGS=0時(shí)即形成溝道，加上正確的VGS時(shí)，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉(zhuǎn)向截止。

　　以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個(gè)高摻雜濃度的源擴(kuò)散區(qū)N+和漏擴(kuò)散區(qū)N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)部連通，二者總保持等電位。圖1(a)符號(hào)中的前頭方向是從外向電，表示從P型材料(襯底)指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極，源極接電源負(fù)極并使VGS=0時(shí)，溝道電流(即漏極電流)ID=0。隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個(gè)擴(kuò)散區(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VTN(一般約為+2V)時(shí)，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID。