场效应管工作原理
场效应管工作原理(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(108～109Ω)、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)则因栅极与其它电极*绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用的是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zui近刚问世的πMOS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大类。见下图。
二、场效应三极管的型号命名方法
现行有两种命名方法。*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，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。
三、场效应管的参数
场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注以下主要参数：
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zui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—zui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zui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—zui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zui大电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM
几种常用的场效应三极管的主要参数
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、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KΩ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，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*，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。
3、估测场效应管的放大能力
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-SemiconductorField-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(zui高可达1015Ω)。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。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。
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