場效應管是一種電�控制��(晶體管是電流控制器件),其特性更�電子�,它具有很高的輸入阻抗,較大的功率增�,由于是電壓控制器件所以噪聲小。它還具有高輸入阻抗,較好的熱穩(wěn)定性、抗輻射�?,F(xiàn)在越來越多的電子電路都在使用場效應管,特別是在音響領域更是如此,但場效應管與晶體�又是不同��
場效應管按結構可分為結型場效應管(縮寫為JFET)和絕緣柵場效應管(縮寫為JGFET�,從導電方式�,場效應管分為N型溝道型與P型溝道型。絕緣柵型場效應管有增強型和耗盡型兩�,而JFET只有耗盡��
一、基本結�
場效應管是利用改變電場來控制半導體材料的導電特�,不是像三極管那樣用電流控制PN結的電流。因�,場效應管可以工作在極高的頻率和較大的功率。此�,場效應管的制作工藝簡單,是集成電路的基本單��
場效應管有結型和絕緣柵型兩種主要類型。每種類型的場效應管都有柵極g、源極s和漏極d三個工作電極,同時,每種類型的場效應管都有N溝道和P溝道兩種導電結構�
絕緣柵型場效應管又叫做MOS�。根�(jù)在外加電壓Vgs=0時是否存在導電溝�,絕緣柵場效應管又可分為上增強型和耗盡�。增強型MOS管在外加電壓Vgs=0時不存在導電溝道,而耗盡型MOS的氧化絕緣層中加入了大量的正離子,即使在Vgs=0時也存在導電溝道�
N溝道絕緣柵型
g為柵�,s為源極,d為漏�,B襯底
結型場效應管的結構與絕緣柵場效應管的結構基本相同,主要的區(qū)別在于柵極g與通道半導體之間沒有絕緣�
N溝道和P溝道結型
從場效應管的基本結構可以看出,無論是絕緣柵型還是結型,場效應管都是兩個背靠背的PN�。電流通路不是由PN結形成的,而是依靠漏極d和源極s之間半導體的導電狀�(tài)來決定的�
�、電路符�
場效應管與普通晶體管相比具有輸入阻抗�、噪聲系�(shù)小、熱�(wěn)定性好、動�(tài)范圍大等�(yōu)點。它是一種壓控器件,有與電子管相似的傳輸特�,因而在高保真音響設備和集成電路中得到了廣泛的應用,其特點有以下一��
1、場效應管具有更好的熱穩(wěn)定性和較大的動�(tài)范圍�
2.場效應管的噪聲是非常低的,噪聲系�(shù)可以做到1dB以下,現(xiàn)在大部分的場效應管的噪聲系數(shù)�0.5dB左右,這是一般晶體管和電子管難以達到��
3、高輸入阻抗容易驅動,輸入阻抗隨頻率的變化比較小。輸入結電容�(反饋電容),輸出端負載的變化對輸入端影響小,驅動負載能力強,電源利用率高�
4.場效應管的輸出為輸入�2次冪函數(shù),失真度低于晶體�,比膽管略大一�。場效應管的失真多為偶次諧波失真,聽感好,高中低頻能量分配適�,聲音有密度�,低頻潛得較�,音場較�(wěn),透明感適�,層次感、解析力和定位感均有較好表現(xiàn),具有良好的聲場空間描繪能力,對音樂細節(jié)有很好表�(xiàn)�
5.普通晶體管在工作時,由于輸入端(�(fā)射結)加的是正向偏�,因此輸入電阻是很低�,場效應管的輸入�(柵極與源極之�)工作時可以施加負偏壓即反向偏壓,也可以加正向偏壓,因此增加了電路設計的變通性和多樣�。通常在加反向偏壓�,它的輸入電阻更�,高�100MΩ以上,場效應管的這一特性彌補了普通晶體管及電子管在某些方面應用的不足�
6.場效應管的防輻射能力比普通晶體管提高10倍左右�
7.轉換速率�,高頻特性好�
8.場效應管的電壓與電流特性曲線與五極電子管輸出特性曲線十分相似�
場效應管的品種較�,大體上可分為結型場效應管和絕緣柵場效應管兩�,且都有N型溝�(電流通道)和P型溝道兩種,每種又有增強型和耗盡型共四類�
絕緣柵場效應管又稱金�(M)氧化�(O)半導�(S)場效應管,簡稱MOS�。按其內(nèi)部結構又可分為一般MOS管和VMOS管兩種,每種又有N型溝道和P型溝道兩�、增強型和耗盡型四類�
VMOS場效應管,其全稱為V型槽MOS場效應管,是在一般MOS場效應管的基礎上�(fā)展起來的新型高效功率開關器件。它不僅繼承了MOS場效應管輸入阻抗�(大于100MΩ)、驅動電流小(0.1uA左右),還具有耐壓�(1200V)、工作電流大(1.5�100A)、輸出功率高(1�250W)、跨導線性好、開關速度快等�(yōu)良特�。目前已在高速開�、電壓放�(電壓放大倍數(shù)可達�(shù)千�)、射頻功�、開關電源和逆變器等電路中得到了廣泛應用。由于它兼有電子管和晶體管的�(yōu)�,用它制作的高保真音頻功放,音質溫暖甜潤而又不失力度,備受愛樂人士青�,因而在音響領域有著廣闊的應用前�。VMOS管和一般MOS管一樣,也可分為N型溝道和P型溝道兩�、增強型和耗盡型四�,分類特征與一般的MOS管相同。VMOS場效應管還有以下特點�
1.輸入阻抗�。由于柵源之間是SiO2層,柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻,一般達100MΩ左右,交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容��
2.驅動電流�。由于輸入阻抗高,VMOS管是一種壓控器�,一般有電壓就可以驅動,所需的驅動電流極��
3.跨導的線性較�。具有較大的線性放大區(qū)域,與電子管的傳輸特性十分相�。較好的線性就意味著有較低的失真,尤其是具有負的電流溫度系�(shù)(即在柵極與源極之間電壓不變的情況�,導通電流會隨管溫升高而減�),故不存在二次擊穿所引起的管子損壞現(xiàn)�。因�,VMOS管的并聯(lián)得到了廣泛的應用�
4.結電容無�?nèi)菪?。VMOS管的結電容不隨結電壓而變�,無一般晶體管結電容的�?nèi)菪?,可避免由變?nèi)菪兄碌氖д�?/FONT>
5.頻率特性好。VMOS場效應管的多�(shù)載流子運動屬于漂移運�,且漂移距離�1�1.5um,不受晶體管那樣的少�(shù)載流子基區(qū)過渡時間限制,故功率增益隨頻率變化極�,頻率特性好�
6.開關速度�。由于沒有少�(shù)載流子的存儲延遲時間,VMOS場效應管的開關速度�,可�20ns�(nèi)開啟或關斷幾十A 電流�
要使增強型N溝道場效應管(MOSFET)工作,要在G、S之間加正電壓VGS及在D、S之間加正電壓VDS,則�(chǎn)生正向工作電流ID。改變VGS的電壓可控制工作電流ID。如圖一所示�
若先不接VGS(即VGS�0),在D與S極之間加一正電壓VDS,漏極D與襯底之間的PN結處于反�,因此漏源之間不能導�。如果在柵極G與源極S之間加一電壓VGS。此時可以將柵極與襯底看作電容器的兩個極�,而氧化物絕緣層作為電容器的介質。當加上VGS�,在絕緣層和柵極界面上感應出正電�,而在絕緣層和P型襯底界面上感應出負電荷(如圖一)。這層感應的負電荷和P型襯底中的多�(shù)載流�(空穴)的極性相�,所以稱為“反型層”,這反型層有可能將漏與源的兩N型區(qū)連接起來形成導電溝道。當VGS電壓太低�,感應出來的負電荷較�,它將被P型襯底中的空穴中�,因此在這種情況�,漏源之間仍然無電流ID。當VGS增加到一定值時,其感應的負電荷把兩個分離的N區(qū)溝通形成N溝道,這個臨界電壓稱為開啟電�(或稱閾值電�、門限電�),用符號VT表示(一般規(guī)定在ID�10uA時的VGS作為VT)。當VGS繼續(xù)增大,負電荷增加,導電溝道擴�,電阻降�,ID也隨之增�,并且呈較好線性關�,如圖二所示�
此曲線稱為轉換特�。因此在一定范圍內(nèi)可以認為,改變VGS來控制漏源之間的電阻,達到控制ID的作��
由于這種結構在VGS�0�,ID�0,稱這種場效應管(MOSFET)為增強型。另一類場效應�(MOSFET),在VGS�0時也有一定的ID(稱為IDSS),這種場效應管(MOSFET)稱為耗盡�。它的結構如圖三所示,
它的轉移特性如圖四所��
VP為夾斷電�(ID�0)�
耗盡型與增強型主要區(qū)別是在制造SiO2絕緣層中有大量的正離�,使在P型襯底的界面上感應出較多的負電荷,即在兩個N型區(qū)中間的P型硅�(nèi)形成一N型硅薄層而形成一導電溝道,所以在VGS�0�,有VDS作用時也有一定的ID(IDSS);當VGS有電壓時(可以是正電壓或負電壓),改變感應的負電荷數(shù)�,從而改變ID的大小。VP為ID�0時的-VGS,稱為夾斷電��
除了上述采用P型硅作襯底形成N型導電溝道的N溝道場效應管(MOSFET)�,也可用N型硅作襯底形成P型導電溝道的P溝道場效應管(MOSFET)。這樣,場效應�(MOSFET)的分類如圖五所��
耗盡型:N溝道(圖五a);P溝道(圖c)�
增強型:N溝道(圖b);P溝道(圖d)�
為防止場效應�(MOSFET)接電感負載時,在截止瞬間�(chǎn)生感應電壓與電源電壓之和擊穿場效應管(MOSFET),一般功率場效應�(MOSFET)在漏極與源極之間�(nèi)接一個快速恢復二極管,如圖六所示�
用指針式萬用表對場效應管進行判別
?�?)用測電阻法判別結型場效應管的電�
根據(jù)場效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的�(xiàn)�,可以判別出結型場效應管的三個電�。具體方法:將萬用表撥在R×1k檔上,任選兩個電�,分別測出其�、反向電阻�。當某兩個電極的正、反向電阻值相�,且為幾千歐姆時,則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言,漏極和源極可互�,剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個電�,另一只表筆依次去接觸其余的兩個電�,測其電阻值。當出現(xiàn)兩次測得的電阻值近似相等時,則黑表筆所接觸的電極為柵極,其余兩電極分別為漏極和源極。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N溝道場效應�,且黑表筆接的是柵極;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P溝道場效應�,黑表筆接的也是柵極。若不出�(xiàn)上述情況,可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進行測試,直到判別出柵極為止�
?�?)用測電阻法判別場效應管的好�
測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法:首先將萬用表置于R×10或R�100�,測量源極S與漏極D之間的電�,通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊中可知,各種不同型號的管,其電阻值是各不相同的),如果測得阻值大于正常�,可能是由于�(nèi)部接觸不�;如果測得阻值是無窮�,可能是�(nèi)部斷極。然后把萬用表置于R×10k檔,再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻�,當測得其各項電阻值均為無窮大,則說明管是正常�;若測得上述各阻值太小或為通路,則說明管是壞的。要注意,若兩個柵極在管內(nèi)斷極,可用元件代換法進行檢測�
?�?)用感應信號輸人法估測場效應管的放大能力
具體方法:用萬用表電阻的R×100�,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�。然后用手捏住結型場效應管的柵極�,將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣,由于管的放大作�,漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發(fā)生變化,也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化,由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極表針擺動較�,說明管的放大能力較�;表針擺動較大,表明管的放大能力�;若表針不動,說明管是壞��
根據(jù)上述方法,我們用萬用表的R×100檔,測結型場效應�3DJ2F。先將管的G極開�,測得漏源電阻RDS�600Ω,用手捏住G極后,表針向左擺動,指示的電阻RDS�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�,在測試場效應管用手捏住柵極時,萬用表針可能向右擺動(電阻值減?�?,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(qū)或者在不飽和區(qū))所�,試驗表�,多�(shù)管的RDS增大,即表針向左擺動;少�(shù)管的RDS減小,使表針向右擺動。但無論表針擺動方向如何,只要表針擺動幅度較�,就說明管有較大的放大能�。第二,此方法對MOS場效應管也適�。但要注意,MOS場效應管的輸人電阻高,柵極G允許的感應電壓不應過�,所以不要直接用手去捏柵�,必須用于握螺絲刀的絕緣柄,用金屬桿去碰觸柵極,以防止人體感應電荷直接加到柵極,引起柵極擊穿。第�,每次測量完�,應當G-S極間短路一�。這是因為G-S結電容上會充有少量電�,建立起VGS電�,造成再進行測量時表針可能不動,只有將G-S極間電荷短路放掉才行�
?�?)用測電阻法判別無標志的場效應管
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,余下兩個腳為柵極G1和第二柵極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�(diào)表筆再測量一�,把其測得電阻值記下來,兩次測得阻值較大的一�,黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來的S、D�,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�;紅表筆所接地是8�,兩種方法檢測結果均應一樣。當確定了漏極D、源極S的位置后,按�、S的對應位置裝人電路,一般G1、G2也會依次對準位置,這就確定了兩個柵極G1、G2的位�,從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順��
�5)用測反向電阻值的變化判斷跨導的大�
對VMO� N溝道增強型場效應管測量跨導性能�,可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當于在�、漏極之間加了一個反向電�。此時柵極是開路�,管的反向電阻值是很不�(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時表�(nèi)電壓較高。當用手接觸柵極G時,會�(fā)�(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變�,其變化越大,說明管的跨導值越�;如果被測管的跨導很小,用此法測�,反向阻值變化不��
1、場效應管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元�。在只允許從信號源取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件�,應選用晶體管�
2、有些場效應管的源極和漏極可以互換使�,柵壓也可正可負,靈活性比晶體管好�
3、場效應管是利用多數(shù)載流子導�,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多�(shù)載流�,也利用少數(shù)載流子導�。被稱之為雙極型器件�
4、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硅片上,因此場效應管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用�
維庫電子�,電子知識,一查百��
已收錄詞�160337�