场效应管基础知识——很全

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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（108W109W） 、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

2、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） ；此外还有 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。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

3、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。 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 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 UG

4、S=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 最大漏源电压。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 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允许

5、的最 大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于 PDSM 并留有一定余量。 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，漏源间所允许 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

6、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 R1k 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，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

7、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，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 R100 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。

8、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

9、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- 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。根据导电 方式的不同，MOS

10、FET 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 VG

11、S=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。 国产 N 沟道 MOSFET 的典型产品有 3DO1、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-源极间电容又非常小， 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/

12、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，防止积累静电荷。管子不用时，全部引线也应短接。在测量时应格外小心， 并采取相应的防静电感措施。 MOS 场效应管的检测方法 （1） 准备工作 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 R100 档，首先确定栅极。若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

13、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，据此很容易确定 S 极。 （3） 检查放大能力（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为 G2 极。 目前有的 MOSFET 管在 G-S 极间增加了保护二极管，平时就不需要把各管脚短路了。MOS 场效应晶体管使用注意事项。 MOS 场效应晶体管在使用时应注意分类，不能随意互换。MOS 场效应晶体管由于输 入阻抗高（包括 MOS 集成

14、电路）极易被静电击穿，使用时应注意以下规则： （1）. MOS 器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中，切勿自行随便拿个塑料袋装。 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）. 焊接用的电烙铁必须良好接地。 （4）. 在焊接前应把电路板的电源线与地线短接，再 MOS 器件焊接完成后在分开。 （5）. MOS 器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。 （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允许条件下，最

15、好接入保护二极管。在检修电路时应 注意查证原有的保护二极管是否损坏。2、VMOS 场效应管 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 之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了 MOS 场效应管输入阻抗高（108W） 、驱动电流小（左右 0.1mA 左右） ，还具有耐压高 （最高可耐压 1200V） 、工作电流大（1.5A100A） 、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

16、、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动。VMOS 管则不同，从左下图上可以看出其两大 结构特点:第一，金属栅极采用 V 型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的 背面引出，所以 ID 不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂 N+区（源极 S）出发，经过 P 沟 道流入轻掺杂 N-漂移区，最后垂直向下到达漏极 D。电流方向如图中箭头所示，因为流通 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。 VMOS 场效应管的检测方法 （1） 判定栅极 G 将万