場效應管

場效應管

場效應晶體管或者mos管
場效應晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應管。主要有兩種類型(junction FET-JFET)和金屬-氧化物半導體場效應管(metal-oxide semiconductor FET,簡稱MOS-FET)。由多數載流子參與導電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。具有輸入電阻高(10~10Ω)、噪聲小、功耗低、動态範圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點,現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競争者。場效應管(FET)是利用控制輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件,并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電,又稱單極型晶體管。FET英文為Field Effect Transistor,簡寫成FET。[1]
    中文名:場效應管 外文名:Field Effect Transistor 所屬品牌: 别稱:場效應晶體管 表達式:FET 應用學科:物理 分類:電子

特點

與雙極型晶體管相比,場效應管具有如下特點。

(1)場效應管是電壓控制器件,它通過VGS(栅源電壓)來控制ID(漏極電流);

(2)場效應管的控制輸入端電流極小,因此它的輸入電阻(107~1012Ω)很大。

(3)它是利用多數載流子導電,因此它的溫度穩定性較好;

(4)它組成的放大電路的電壓放大系數要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數;

(5)場效應管的抗輻射能力強;

(6)由于它不存在雜亂運動的電子擴散引起的散粒噪聲,所以噪聲低。

工作原理

場效應管工作原理用一句話說,就是“漏極-源極間流經溝道的ID,用以栅極與溝道間的pn結形成的反偏的栅極電壓控制ID”。更正确地說,ID流經通路的寬度,即溝道截面積,它是由pn結反偏的變化,産生耗盡層擴展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區域,表示的過渡層的擴展因為不很大,根據漏極-源極間所加VDS的電場,源極區域的某些電子被漏極拉去,即從漏極向源極有電流ID流動。從門極向漏極擴展的過度層将溝道的一部分構成堵塞型,ID飽和。将這種狀态稱為夾斷。這意味着過渡層将溝道的一部分阻擋,并不是電流被切斷。

在過渡層由于沒有電子、空穴的自由移動,在理想狀态下幾乎具有絕緣特性,通常電流也難流動。但是此時漏極-源極間的電場,實際上是兩個過渡層接觸漏極與門極下部附近,由于漂移電場拉去的高速電子通過過渡層。因漂移電場的強度幾乎不變産生ID的飽和現象。其次,VGS向負的方向變化,讓VGS=VGS(off),此時過渡層大緻成為覆蓋全區域的狀态。而且VDS的電場大部分加到過渡層上,将電子拉向漂移方向的電場,隻有靠近源極的很短部分,這更使電流不能流通。

MOS場效應管電源開關電路

MOS場效應管也被稱為金屬氧化物半導體場效應管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor,MOSFET)。它一般有耗盡型和增強型兩種。增強型MOS場效應管可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型也叫P溝道型。對于N溝道的場效應管其源極和漏極接在N型半導體上,同樣對于P溝道的場效應管其源極和漏極則接在P型半導體上。場效應管的輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場)控制,可以認為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時這也是我們稱之為場效應管的原因。

在二極管加上正向電壓(P端接正極,N端接負極)時,二極管導通,其PN結有電流通過。這是因為在P型半導體端為正電壓時,N型半導體内的負電子被吸引而湧向加有正電壓的P型半導體端,而P型半導體端内的正電子則朝N型半導體端運動,從而形成導通電流。

同理,當二極管加上反向電壓(P端接負極,N端接正極)時,這時在P型半導體端為負電壓,正電子被聚集在P型半導體端,負電子則聚集在N型半導體端,電子不移動,其PN結沒有電流通過,二極管截止。在栅極沒有電壓時,由前面分析可知,在源極與漏極之間不會有電流流過,此時場效應管處與截止狀态(圖7a)。

當有一個正電壓加在N溝道的MOS場效應管栅極上時,由于電場的作用,此時N型半導體的源極和漏極的負電子被吸引出來而湧向栅極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導體中(見圖7b),從而形成電流,使源極和漏極之間導通。可以想像為兩個N型半導體之間為一條溝,栅極電壓的建立相當于為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由栅壓的大小決定。

C-MOS場效應管(增強型MOS場效應管)

電路将一個增強型P溝道MOS場效應管和一個增強型N溝道MOS場效應管組合在一起使用。當輸入端為低電平時,P溝道MOS場效應管導通,輸出端與電源正極接通。當輸入端為高電平時,N溝道MOS場效應管導通,輸出端與電源地接通。在該電路中,P溝道MOS場效應管和N溝道MOS場效應管總是在相反的狀态下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響,使得栅壓在還沒有到0V,通常在栅極電壓小于1到2V時,MOS場效應管既被關斷。不同場效應管其關斷電壓略有不同。也正因為如此,使得該電路不會因為兩管同時導通而造成電源短路。

分類

場效應管分為結型場效應管(JFET)和絕緣栅場效應管(MOS管)兩大類。

按溝道材料型和絕緣栅型各分N溝道和P溝道兩種;按導電方式:耗盡型與增強型,結型場效應管均為耗盡型,絕緣栅型場效應管既有耗盡型的,也有增強型的。

場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管,而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。

結型場效應管(JFET)

1、結型場效應管的分類:結型場效應管有兩種結構形式,它們是N溝道結型場效應管和P溝道結型場效應管。

結型場效應管也具有三個電極,它們是:栅極;漏極;源極。

電路符号中栅極的箭頭方向可理解為兩個PN結的正向導電方向。

2、結型場效應管的工作原理(以N溝道結型場效應管為例),N溝道結構型場效應管的結構及符号,由于PN結中的載流子已經耗盡,故PN基本上是不導電的,形成了所謂耗盡區,當漏極電源電壓ED一定時,如果栅極電壓越負,PN結交界面所形成的耗盡區就越厚,則漏、源極之間導電的溝道越窄,漏極電流ID就愈小;反之,如果栅極電壓沒有那麼負,則溝道變寬,ID變大,所以用栅極電壓EG可以控制漏極電流ID的變化,就是說,場效應管是電壓控制元件。

絕緣栅場效應管

1、絕緣栅場效應管(MOS管)的分類:絕緣栅場效應管也有兩種結構形式,它們是N溝道型和P溝道型。無論是什麼溝道,它們又分為增強型和耗盡型兩種。

2、它是由金屬、氧化物和半導體所組成,所以又稱為金屬—氧化物—半導體場效應管,簡稱MOS場效應管。

3、絕緣栅型場效應管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應管為例)它是利用UGS來控制“感應電荷”的多少,以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況,然後達到控制漏極電流的目的。在制造管子時,通過工藝使絕緣層中出現大量正離子,故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷,這些負電荷把高滲雜質的N區接通,形成了導電溝道,即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當栅極電壓改變時,溝道内被感應的電荷量也改變,導電溝道的寬窄也随之而變,因而漏極電流ID随着栅極電壓的變化而變化。

場效應管的工作方式有兩種:當栅壓為零時有較大漏極電流的稱為耗盡型;當栅壓為零,漏極電流也為零,必須再加一定的栅壓之後才有漏極電流的稱為增強型。

作用

1.場效應管可應用于放大。由于場效應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.場效應管很高的輸入阻抗非常适合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3.場效應管可以用作可變電阻。

4.場效應管可以方便地用作恒流源。

5.場效應管可以用作電子開關。

常見的場效應管

MOS場效應管

即金屬-氧化物-半導體型場效應管,英文縮寫為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),屬于絕緣栅型。其主要特點是在金屬栅極與溝道之間有一層二氧化矽絕緣層,因此具有很高的輸入電阻(最高可達1015Ω)。它也分N溝道管和P溝道管。通常是将襯底(基闆)與源極S接在一起。根據導電方式的不同,MOSFET又分增強型、耗盡型。所謂增強型是指:當VGS=0時管子是呈截止狀态,加上正确的VGS後,多數載流子被吸引到栅極,從而“增強”了該區域的載流子,形成導電溝道。耗盡型則是指,當VGS=0時即形成溝道,加上正确的VGS時,能使多數載流子流出溝道,因而“耗盡”了載流子,使管子轉向截止。

以N溝道為例,它是在P型矽襯底上制成兩個高摻雜濃度的源擴散區N+和漏擴散區N+,再分别引出源極S和漏極D。源極與襯底在内部連通,二者總保持等電位。當漏接電源正極,源極接電源負極并使VGS=0時,溝道電流(即漏極電流)ID=0。随着VGS逐漸升高,受栅極正電壓的吸引,在兩個擴散區之間就感應出帶負電的少數載流子,形成從漏極到源極的N型溝道,當VGS大于管子的開啟電壓VTN(一般約為+2V)時,N溝道管開始導通,形成漏極電流ID。

VMOS場效應管

VMOS場效應管(VMOSFET)簡稱VMOS管或功率場效應管,其全稱為V型槽MOS場效應管。它是繼MOSFET之後新發展起來的高效、功率開關器件。它不僅繼承了MOS場效應管輸入阻抗高(≥108W)、驅動電流小(左右0.1μA左右),還具有耐壓高(最高可耐壓1200V)、工作電流大(1.5A~100A)、輸出功率高(1~250W)、跨導的線性好、開關速度快等優良特性。正是由于它将電子管與功率晶體管之優點集于一身,因此在電壓放大器(電壓放大倍數可達數千倍)、功率放大器、開關電源和逆變器中正獲得廣泛應用。

衆所周知,傳統的MOS場效應管的栅極、源極和漏極大大緻處于同一水平面的芯片上,其工作電流基本上是沿水平方向流動。VMOS管則不同,其兩大結構特點:第一,金屬栅極采用V型槽結構;第二,具有垂直導電性。由于漏極是從芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流動,而是自重摻雜N+區(源極S)出發,經過P溝道流入輕摻雜N-漂移區,最後垂直向下到達漏極D。因為流通截面積增大,所以能通過大電流。由于在栅極與芯片之間有二氧化矽絕緣層,因此它仍屬于絕緣栅型MOS場效應管。

使用優勢

場效應管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件。在隻允許從信号源取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信号電壓較低,又允許從信号源取較多電流的條件下,應選用晶體管。場效應管是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是既有多數載流子,也利用少數載流子導電,被稱之為雙極型器件。

有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,栅壓也可正可負,靈活性比三極管好。

場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊矽片上,因此場效應管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。

對比

1.場效應管的源極s、栅極g、漏極d分别對應于三極管的發射極e、基極b、集電極c,它們的作用相似。

2.場效應管是電壓控制電流器件,由vGS控制iD,其放大系數gm一般較小,因此場效應管的放大能力較差;三極管是電流控制電流器件,由iB(或iE)控制iC。

3.場效應管栅極幾乎不取電流(ig»0);而三極管工作時基極總要吸取一定的電流。因此場效應管的栅極輸入電阻比三極管的輸入電阻高。

4.場效應管是由多子參與導電;三極管有多子和少子兩種載流子參與導電,而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大,因而場效應管比晶體管的溫度穩定性好、抗輻射能力強。在環境條件(溫度等)變化很大的情況下應選用場效應管。

5.場效應管在源極金屬與襯底連在一起時,源極和漏極可以互換使用,且特性變化不大;而三極管的集電極與發射極互換使用時,其特性差異很大,β值将減小很多。

6.場效應管的噪聲系數很小,在低噪聲放大電路的輸入級及要求信噪比較高的電路中要選用場效應管。

7.場效應管和三極管均可組成各種放大電路和開關電路,但由于前者制造工藝簡單,且具有耗電少,熱穩定性好,工作電源電壓範圍寬等優點,因而被廣泛用于大規模和超大規模集成電路中。

8.三極管導通電阻大,場效應管導通電阻小,隻有幾百毫歐姆,在現用電器件上,一般都用場效應管做開關來用,他的效率是比較高的。

場效應管與雙極性晶體管的比較

1.場效應管是電壓控制器件,栅極基本不取電流,而晶體管是電流控制器件,基極必須取一定的電流。因此,在信号源額定電流極小的情況,應選用場效應管。

2.場效應管是多子導電,而晶體管的兩種載流子均參與導電。由于少子的濃度對溫度、輻射等外界條件很敏感,因此,對于環境變化較大的場合,采用場效應管比較合适。

3.場效應管除了和晶體管一樣可作為放大器件及可控開關外,還可作壓控可變線性電阻使用。

4.場效應管的源極和漏極在結構上是對稱的,可以互換使用,耗盡型MOS管的栅——源電壓可正可負。因此,使用場效應管比晶體管靈活。

型号命名

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代表結型場效應管,O代表絕緣栅場效應管。第二位字母代表材料,D是P型矽,反型層是N溝道;C是N型矽P溝道。例如,3DJ6D是結型P溝道場效應三極管,3DO6C是絕緣栅型N溝道場效應三極管。

第二種命名方法是CS××#,CS代表場效應管,××以數字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。

主要參數

直流參數

飽和漏極電流IDSS它可定義為:當栅、源極之間的電壓等于零,而漏、源極之間的電壓大于夾斷電壓時,對應的漏極電流。

夾斷電壓UP它可定義為:當UDS一定時,使ID減小到一個微小的電流時所需的UGS。

開啟電壓UT它可定義為:當UDS一定時,使ID到達某一個數值時所需的UGS。

交流參數

交流參數可分為輸出電阻和低頻互導2個參數,輸出電阻一般在幾十千歐到幾百千歐之間,而低頻互導一般在十分之幾至幾毫西的範圍内,特殊的可達100mS,甚至更高。

低頻跨導gm它是描述栅、源電壓對漏極電流的控制作用。

極間電容場效應管三個電極之間的電容,它的值越小表示管子的性能越好。

極限參數

①最大漏極電流是指管子正常工作時漏極電流允許的上限值,

②最大耗散功率是指在管子中的功率,受到管子最高工作溫度的限制,

③最大漏源電壓是指發生在雪崩擊穿、漏極電流開始急劇上升時的電壓,

④最大栅源電壓是指栅源間反向電流開始急劇增加時的電壓值。

除以上參數外,還有極間電容、高頻參數等其他參數。漏、源擊穿電壓當漏極電流急劇上升時,産生雪崩擊穿時的UDS。栅極擊穿電壓結型場效應管正常工作時,栅、源極之間的PN結處于反向偏置狀态,若電流過高,則産生擊穿現象。

使用時主要關注的參數有:

1、IDSS—飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣栅場效應管中,栅極電壓UGS=0時的漏源電流。

2、UP—夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣栅場效應管中,使漏源間剛截止時的栅極電壓。

3、UT—開啟電壓。是指增強型絕緣栅場效管中,使漏源間剛導通時的栅極電壓。

4、gM—跨導。是表示栅源電壓UGS—對漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID變化量與栅源電壓UGS變化量的比值。gM是衡量場效應管放大能力的重要參數。

5、BUDS—漏源擊穿電壓。是指栅源電壓UGS一定時,場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數,加在場效應管上的工作電壓必須小于BUDS。

6、PDSM—最大耗散功率。也是一項極限參數,是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時,場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定餘量。7、IDSM—最大漏源電流。是一項極限參數,是指場效應管正常工作時,漏源間所允許通過的最大電流。場效應管的工作電流不應超過IDSM

測量方法

電阻法測電極

根據場效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的現象,可以判别出結型場效應管的三個電極。具體方法:将萬用表撥在R×1k檔上,任選兩個電極,分别測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等,且為幾千歐姆時,則該兩個電極分别是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言,漏極和源極可互換,剩下的電極肯定是栅極G。

也可以将萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個電極,另一隻表筆依次去接觸其餘的兩個電極,測其電阻值。當出現兩次測得的電阻值近似相等時,則黑表筆所接觸的電極為栅極,其餘兩電極分别為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大,說明是PN結的反向,即都是反向電阻,可以判定是P溝道場效應管,且黑表筆接的是栅極;若兩次測出的電阻值均很小,說明是正向PN結,即是正向電阻,判定為N溝道場效應管,黑表筆接的也是栅極。若不出現上述情況,可以調換黑、紅表筆按上述方法進行測試,直到判别出栅極為止。

電阻法測好壞

測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、栅極與源極、栅極與漏極、栅極G1與栅極G2之間的電阻值同場效應管手冊标明的電阻值是否相符去判别管的好壞。具體方法:首先将萬用表置于R×10或R×100檔,測量源極S與漏極D之間的電阻,通常在幾十歐到幾千歐範圍(在手冊中可知,各種不同型号的管,其電阻值是各不相同的),如果測得阻值大于正常值,可能是由于内部接觸不良;如果測得阻值是無窮大,可能是内部斷極。然後把萬用表置于R×10k檔,再測栅極G1與G2之間、栅極與源極、栅極與漏極之間的電阻值,當測得其各項電阻值均為無窮大,則說明管是正常的;若測得上述各阻值太小或為通路,則說明管是壞的。要注意,若兩個栅極在管内斷極,可用元件代換法進行檢測。

測放大能力

用感應信号法具體方法:用萬用表電阻的R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,給場效應管加上1.5V的電源電壓,此時表針指示出的漏源極間的電阻值。然後用手捏住結型場效應管的栅極G,将人體的感應電壓信号加到栅極上。這樣,由于管的放大作用,漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發生變化,也就是漏源極間電阻發生了變化,由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏栅極表針擺動較小,說明管的放大能力較差;表針擺動較大,表明管的放大能力大;若表針不動,說明管是壞的。

根據上述方法,用萬用表的R×100檔,測結型場效應管3DJ2F。先将管的G極開路,測得漏源電阻RDS為600Ω,用手捏住G極後,表針向左擺動,指示的電阻RDS為12kΩ,表針擺動的幅度較大,說明該管是好的,并有較大的放大能力。

運用這種方法時要說明幾點:首先,在測試場效應管用手捏住栅極時,萬用表針可能向右擺動(電阻值減小),也可能向左擺動(電阻值增加)。這是由于人體感應的交流電壓較高,而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同(或者工作在飽和區或者在不飽和區)所緻,試驗表明,多數管的RDS增大,即表針向左擺動;少數管的RDS減小,使表針向右擺動。但無論表針擺動方向如何,隻要表針擺動幅度較大,就說明管有較大的放大能力。

第二,此方法對MOS場效應管也适用。但要注意,MOS場效應管的輸人電阻高,栅極G允許的感應電壓不應過高,所以不要直接用手去捏栅極,必須用于握螺絲刀的絕緣柄,用金屬杆去碰觸栅極,以防止人體感應電荷直接加到栅極,引起栅極擊穿。第三,每次測量完畢,應當G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會充有少量電荷,建立起VGS電壓,造成再進行測量時表針可能不動,隻有将G-S極間電荷短路放掉才行。

無标示管的判别

首先用測量電阻的方法找出兩個有電阻值的管腳,也就是源極S和漏極D,餘下兩個腳為第一栅極G1和第二栅極G2。把先用兩表筆測的源極S與漏極D之間的電阻值記下來,對調表筆再測量一次,把其測得電阻值記下來,兩次測得阻值較大的一次,黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判别出來的S、D極,還可以用估測其管的放大能力的方法進行驗證,即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是S極,兩種方法檢測結果均應一樣。當确定了漏極D、源極S的位置後,按D、S的對應位置裝人電路,一般G1、G2也會依次對準位置,這就确定了兩個栅極G1、G2的位置,從而就确定了D、S、G1、G2管腳的順序。

判斷跨導的大小

測反向電阻值的變化判斷跨導的大小.對VMOSV溝道增強型場效應管測量跨導性能時,可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當于在源、漏極之間加了一個反向電壓。此時栅極是開路的,管的反向電阻值是很不穩定的。将萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時表内電壓較高。當用手接觸栅極G時,會發現管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說明管的跨導值越高;如果被測管的跨導很小,用此法測時,反向阻值變化不大。

測試方法

結型場管腳識别

場效應管的栅極相當于晶體管的基極,源極和漏極分别對應于晶體管的發射極和集電極。将萬用表置于R×1k檔,用兩表筆分别測量每兩個管腳間的正、反向電阻。當某兩個管腳間的正、反向電阻相等,均為數KΩ時,則這兩個管腳為漏極D和源極S(可互換),餘下的一個管腳即為栅極G。對于有4個管腳的結型場效應管,另外一極是屏蔽極(使用中接地)。

判定栅極

用萬用表黑表筆碰觸管子的一個電極,紅表筆分别碰觸另外兩個電極。若兩次測出的阻值都很大,說明均是反向電阻,該管屬于N溝道場效應管,黑表筆接的也是栅極。制造工藝決定了場效應管的源極和漏極是對稱的,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栅型場效應管的栅極。因為這種管子的輸入電阻極高,栅源間的極間電容又很小,測量時隻要有少量的電荷,就可在極間電容上形成很高的電壓,容易将管子損壞。

估測放大能力

将萬用表撥到R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,相當于給場效應管加上1.5V的電源電壓。這時表針指示出的是D-S極間電阻值。然後用手指捏栅極G,将人體的感應電壓作為輸入信号加到栅極上。由于管子的放大作用,UDS和ID都将發生變化,也相當于D-S極間電阻發生變化,可觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏栅極時表針擺動很小,說明管子的放大能力較弱;若表針不動,說明管子已經損壞。由于人體感應的50Hz交流電壓較高,而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同,因此用手捏栅極時表針可能向右擺動,也可能向左擺動。少數的管子RDS減小,使表針向右擺動,多數管子的RDS增大,表針向左擺動。無論表針的擺動方向如何,隻要能有明顯地擺動,就說明管子具有放大能力。

本方法也适用于測MOS管。為了保護MOS場效應管,必須用手握住螺釘旋具絕緣柄,用金屬杆去碰栅極,以防止人體感應電荷直接加到栅極上,将管子損壞。

MOS管每次測量完畢,G-S結電容上會充有少量電荷,建立起電壓UGS,再接着測時表針可能不動,此時将G-S極間短路一下即可。

産品特性

1.轉移特性:栅極電壓對漏極電流的控制作用稱為轉移特性。

2.輸出特性:UDS與ID的關系稱為輸出特性。

3.結型場效應管的放大作用:結型場效應管的放大作用一般指的是電壓放大作用。

電氣特性

貼片場效應管

1:場效應管是電壓控制器件,管子的導電情況取決于栅極電壓的高低。晶體管是電流控制器件,管子的導電情況取決于基極電流的大小。2:場效應管漏源靜态伏安特性以栅極電壓UGS為參變量,晶體管輸出特性曲線以基極電流Ib為參變量。

2決定,晶體管電流Ic與Ib之間的關系由放大系數β決定。也就是說,場效應管的放大能力用Gm衡量,晶體管的放大能力用β衡量。

3:場效應管的輸入阻抗很大,輸入電流極小;晶體管輸入阻抗很小,在導電時輸入電流較大。

4:一般場效應管功率較小,晶體管功率較大。

注意事項

(1)為了安全使用場效應管,在線路的設計中不能超過管的耗散功率,最大漏源電壓、最大栅源電壓和最大電流等參數的極限值。

(2)各類型場效應管在使用時,都要嚴格按要求的偏置接入電路中,要遵守場效應管偏置的極性。如結型場效應管栅源漏之間是PN結,N溝道管栅極不能加正偏壓;P溝道管栅極不能加負偏壓,等等。

(3)MOS場效應管由于輸入阻抗極高,所以在運輸、貯藏中必須将引出腳短路,要用金屬屏蔽包裝,以防止外來感應電勢将栅極擊穿。尤其要注意,不能将MOS場效應管放入塑料盒子内,保存時最好放在金屬盒内,同時也要注意管的防潮。

(4)為了防止場效應管栅極感應擊穿,要求一切測試儀器、工作台、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時,先焊源極;在連入電路之前,管的全部引線端保持互相短接狀态,焊接完後才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時,應以适當的方式确保人體接地如采用接地環等;當然,如果能采用先進的氣熱型電烙鐵,焊接場效應管是比較方便的,并且确保安全;在未關斷電源時,絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場效應管時必須注意。

(5)在安裝場效應管時,注意安裝的位置要盡量避免靠近發熱元件;為了防管件振動,有必要将管殼體緊固起來;管腳引線在彎曲時,應當大于根部尺寸5毫米處進行,以防止彎斷管腳和引起漏氣等。

(6)使用VMOS管時必須加合适的散熱器後。以VNF306為例,該管子加裝140×140×4(mm)的散熱器後,最大功率才能達到30W。

(7)多管并聯後,由于極間電容和分布電容相應增加,使放大器的高頻特性變壞,通過反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此,并聯複合管管子一般不超過4個,而且在每管基極或栅極上串接防寄生振蕩電阻。

(8)結型場效應管的栅源電壓不能接反,可以在開路狀态下保存,而絕緣栅型場效應管在不使用時,由于它的輸入電阻非常高,須将各電極短路,以免外電場作用而使管子損壞。

(9)焊接時,電烙鐵外殼必須裝有外接地線,以防止由于電烙鐵帶電而損壞管子。對于少量焊接,也可以将電烙鐵燒熱後拔下插頭或切斷電源後焊接。特别在焊接絕緣栅場效應管時,要按源極-漏極-栅極的先後順序焊接,并且要斷電焊接。

(10)用25W電烙鐵焊接時應迅速,若用45~75W電烙鐵焊接,應用鑷子夾住管腳根部以幫助散熱。結型場效應管可用表電阻檔定性地檢查管子的質量(檢查各PN結的正反向電阻及漏源之間的電阻值),而絕緣栅場效管不能用萬用表檢查,必須用測試儀,而且要在接入測試儀後才能去掉各電極短路線。取下時,則應先短路再取下,關鍵在于避免栅極懸空。

在要求輸入阻抗較高的場合使用時,必須采取防潮措施,以免由于溫度影響使場效應管的輸入電阻降低。如果用四引線的場效應管,其襯底引線應接地。陶瓷封裝的芝麻管有光敏特性,應注意避光使用。

對于功率型場效應管,要有良好的散熱條件。因為功率型場效應管在高負荷條件下運用,必須設計足夠的散熱器,确保殼體溫度不超過額定值,使器件長期穩定可靠地工作。

總之,确保場效應管安全使用,要注意的事項是多種多樣,采取的安全措施也是各種各樣,廣大的專業技術人員,特别是廣大的電子愛好者,都要根據自己的實際情況出發,采取切實可行的辦法,安全有效地用好場效應管。

應用領域

場效應管(fet)是電場效應控制電流大小的單極型半導體器件。在其輸入端基本不取電流或電流極小,具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩定性好、制造工藝簡單等特點,在大規模和超大規模集成電路中被應用。

場效應器件憑借其低功耗、性能穩定、抗輻射能力強等優勢,在集成電路中已經有逐漸取代三極管的趨勢。但它還是非常嬌貴的,雖然多數已經内置了保護二極管,但稍不注意,也會損壞。所以在應用中還是小心為妙。

類型

标準電壓下的耗盡型場效應管。從左到右依次依次為:結型場效應管,多晶矽金屬—氧化物—半導體場效應管,雙栅極金屬—氧化物—半導體場效應管,金屬栅極金屬—氧化物—半導體場效應管,金屬半導體場效應管。耗盡層,電子,空穴,金屬,絕緣體上方:源極,下方:漏極,左方:栅極,右方:主體。電壓導緻溝道形成的細節沒有畫出摻雜FET(解釋如下)的溝道用來制造N型半導體或P型半導體。在耗盡模式的FET下,漏和源可能被摻雜成不同類型至溝道。或者在提高模式下的FET,它們可能被摻雜成相似類型。場效應晶體管根據絕緣溝道和栅的不同方法而區分。FET的類型有:

DEPFET(Depleted FET)是一種在完全耗盡基底上制造,同時用為一個感應器、放大器和記憶極的FET。它可以用作圖像(光子)感應器。

DGMOFET(Dual-gate MOSFET)是一種有兩個栅極的MOSFET。

DNAFET是一種用作生物感應器的特殊FET,它通過用單鍊DNA分子制成的栅極去檢測相配的DNA鍊。

FREDFET(Fast Recovery Epitaxial Diode FET)是一種用于提供非常快的重啟(關閉)體二極管的特殊FET。

HEMT(高電子遷移率晶體管,High Electron Mobility Transistor),也被稱為HFET(異質結場效應晶體管,heterostructure FET),是運用帶隙工程在三重半導體例如AlGaAs中制造的。完全耗盡寬帶隙造成了栅極和體之間的絕緣。

IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor)是一種用于電力控制的器件。它和類雙極主導電溝道的MOSFET的結構類似。它們一般用于漏源電壓範圍在200-3000伏的運行。功率MOSFET仍然被選擇為漏源電壓在1到200伏時的器件.

ISFET是離子敏感的場效應晶體管(Ion-Sensitive Field Effect Transistor),它用來測量溶液中的離子濃度。當離子濃度(例如pH值)改變,通過晶體管的電流将相應的改變。

JFET用相反偏置的p-n結去分開栅極和體。

MESFET(Metal-Semiconductor FET)用一個肖特基勢壘替代了JFET的PN結;它用于GaAs和其它的三五族半導體材料。

MODFET(Modulation-Doped FET)用了一個由篩選過的活躍區摻雜組成的量子阱結構。

MOSFET用一個絕緣體(通常是二氧化矽)于栅和體之間。

NOMFET是納米粒子有機記憶場效應晶體管(Nanoparticle Organic Memory FET)。

OFET是有機場效應晶體管(Organic FET),它在它的溝道中用有機半導體。

引申信息

曆史

場效應晶體管于1925年由Julius Edgar Lilienfeld和于1934年由Oskar Heil分别發明,但是實用的器件一直到1952年才被制造出來(結型場效應管,Junction-FET,JFET)。1960年Dawan Kahng發明了金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-effect transistor,MOSFET),從而大部分代替了JFET,對電子行業的發展有着深遠的意義。

電極

所有的FET都有栅極(gate)、漏極(drain)、源極(source)三個端,分别大緻對應BJT的基極(base)、集電極(collector)和發射極(emitter)。除JFET以外,所有的FET也有第四端,被稱為體(body)、基(base)、塊體(bulk)或襯底(substrate)。這個第四端可以将晶體管調制至運行;在電路設計中,很少讓體端發揮大的作用,但是當物理設計一個集成電路的時候,它的存在就是重要的。在圖中栅極的長度(length)L,是指源和漏的距離。寬度(width)是指晶體管的範圍,在圖中和橫截面垂直。通常情況下寬度比長度大得多。長度1微米的栅極限制最高頻率約為5GHz,0.2微米則是約30GHz。

這些端的名稱和它們的功能有關。栅極可以被認為是控制一個物理栅的開關。這個栅極可以通過制造或者消除源極和漏極之間的溝道,從而允許或者阻礙電子流過。如果受一個加上的電壓影響,電子流将從源極流向漏極。體很簡單的就是指栅、漏、源極所在的半導體的塊體。通常體端和一個電路中最高或最低的電壓相連,根據類型不同而不同。體端和源極有時連在一起,因為有時源也連在電路中最高或最低的電壓上。當然有時一些電路中FET并沒有這樣的結構,比如級聯傳輸電路和串疊式電路。

組成

FET由各種半導體構成,目前矽是最常見的。大部分的FET是由傳統塊體半導體制造技術制造,使用單晶半導體矽片作為反應區,或者溝道。

大部分的不常見體材料,主要有非晶矽、多晶矽或其它在薄膜晶體管中,或者有機場效應晶體管中的非晶半導體。有機場效應晶體管基于有機半導體,常常用有機栅絕緣體和電極。

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