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二極管、三極管、MOS管、橋堆

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mosfets場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理
  • 發(fā)布時(shí)間:2020-05-13 14:20:34
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mosfets場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理
場(chǎng)效應(yīng)晶體管,簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。主要有兩種類型:結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(metal-oxide semiconductor FET,簡(jiǎn)稱MOS-FET)。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,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(107~1015Ω)、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。
場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件,并以此命名。
由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。
FET 英文為Field Effect Transistor,簡(jiǎn)寫成FET。 [1] 
特點(diǎn)
與雙極型晶體管相比,場(chǎng)效應(yīng)管具有如下特點(diǎn)。
(1)場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件,它通過VGS(柵源電壓)來控制ID(漏極電流);
(2)場(chǎng)效應(yīng)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(shù)載流子導(dǎo)電,因此它的溫度穩(wěn)定性較好;
(4)它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù);
(5)場(chǎng)效應(yīng)管的抗輻射能力強(qiáng);
(6)由于它不存在雜亂運(yùn)動(dòng)的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲,所以噪聲低。
工作原理
場(chǎng)效應(yīng)管工作原理用一句話說,就是“漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID,用以柵極與溝道間的pn結(jié)形成的反偏的柵極電壓控制ID”。更正確地說,ID流經(jīng)通路的寬度,即溝道截面積,它是由pn結(jié)反偏的變化,產(chǎn)生耗盡層擴(kuò)展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區(qū)域,表示的過渡層的擴(kuò)展因?yàn)椴缓艽螅鶕?jù)漏極-源極間所加VDS的電場(chǎng),源極區(qū)域的某些電子被漏極拉去,即從漏極向源極有電流ID流動(dòng)。從門極向漏極擴(kuò)展的過度層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型,ID飽和。將這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過渡層將溝道的一部分阻擋,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(dòng),在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性,通常電流也難流動(dòng)。但是此時(shí)漏極-源極間的電場(chǎng),實(shí)際上是兩個(gè)過渡層接觸漏極與門極下部附近,由于漂移電場(chǎng)拉去的高速電子通過過渡層。因漂移電場(chǎng)的強(qiáng)度幾乎不變產(chǎn)生ID的飽和現(xiàn)象。其次,VGS向負(fù)的方向變化,讓VGS=VGS(off),此時(shí)過渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDS的電場(chǎng)大部分加到過渡層上,將電子拉向漂移方向的電場(chǎng),只有靠近源極的很短部分,這更使電流不能流通。
MOS場(chǎng)效應(yīng)管電源開關(guān)電路
MOS場(chǎng)效應(yīng)管也被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。它一般有耗盡型和增強(qiáng)型兩種。增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)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(duì)于N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,同樣對(duì)于P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。場(chǎng)效應(yīng)管的輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場(chǎng))控制,可以認(rèn)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(shí)這也是我們稱之為場(chǎng)效應(yīng)管的原因。
在二極管加上正向電壓(P端接正極,N端接負(fù)極)時(shí),二極管導(dǎo)通,其PN結(jié)有電流通過。這是因?yàn)樵赑型半導(dǎo)體端為正電壓時(shí),N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端,而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N型半導(dǎo)體端運(yùn)動(dòng),從而形成導(dǎo)通電流。同理,當(dāng)二極管加上反向電壓(P端接負(fù)極,N端接正極)時(shí),這時(shí)在P型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓,正電子被聚集在P型半導(dǎo)體端,負(fù)電子則聚集在N型半導(dǎo)體端,電子不移動(dòng),其PN結(jié)沒有電流通過,二極管截止。在柵極沒有電壓時(shí),由前面分析可知,在源極與漏極之間不會(huì)有電流流過,此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)有一個(gè)正電壓加在N溝道的MOS場(chǎng)效應(yīng)管柵極上時(shí),由于電場(chǎng)的作用,此時(shí)N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來而涌向柵極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個(gè)N溝道之間的P型半導(dǎo)體中,從而形成電流,使源極和漏極之間導(dǎo)通。可以想像為兩個(gè)N型半導(dǎo)體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由柵壓的大小決定。
C-MOS場(chǎng)效應(yīng)管(增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管)
電路將一個(gè)增強(qiáng)型P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時(shí),P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時(shí),N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源地接通。在該電路中,P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管和N溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)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(shí)由于漏電流的影響,使得柵壓在還沒有到0V,通常在柵極電壓小于1到2V時(shí),MOS場(chǎng)效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場(chǎng)效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因?yàn)槿绱耍沟迷撾娐凡粫?huì)因?yàn)閮晒芡瑫r(shí)導(dǎo)通而造成電源短路。
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)。
常見的場(chǎng)效應(yīng)管
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。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。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。
mosfets場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理
VMOS場(chǎng)效應(yīng)管
VMOS場(chǎng)效應(yīng)管(VMOSFET)簡(jiǎn)稱VMOS管或功率場(chǎng)效應(yīng)管,其全稱為V型槽MOS場(chǎng)效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高(≥108W)、驅(qū)動(dòng)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(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點(diǎn)集于一身,因此在電壓放大器(電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍)、功率放大器、開關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。
眾所周知,傳統(tǒng)的MOS場(chǎng)效應(yīng)管的柵極、源極和漏極大大致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(dòng)。VMOS管則不同,其兩大結(jié)構(gòu)特點(diǎn):第一,金屬柵極采用V型槽結(jié)構(gòu);第二,具有垂直導(dǎo)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(dòng),而是自重?fù)诫sN+區(qū)(源極S)出發(fā),經(jīng)過P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū),最后垂直向下到達(dá)漏極D。因?yàn)榱魍ń孛娣e增大,所以能通過大電流。由于在柵極與芯片之間有二氧化硅絕緣層,因此它仍屬于絕緣柵型MOS場(chǎng)效應(yīng)管。
使用優(yōu)勢(shì)
場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件。
在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下,應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低,又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是既有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱之為雙極型器件。
有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比三極管好。
場(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。
對(duì)比
場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的各自應(yīng)用特點(diǎn)
1.場(chǎng)效應(yīng)管的源極s、柵極g、漏極d分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極e、基極b、集電極c,它們的作用相似。
2.場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件,由vGS控制iD,其放大系數(shù)gm一般較小,因此場(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流(ig»0);而三極管工作時(shí)基極總要吸取一定的電流。因此場(chǎng)效應(yīng)管的柵極輸入電阻比三極管的輸入電阻高。
4.場(chǎng)效應(yīng)管是由多子參與導(dǎo)電;三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電,而少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大,因而場(chǎng)效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件(溫度等)變化很大的情況下應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。
5.場(chǎng)效應(yīng)管在源極金屬與襯底連在一起時(shí),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(fā)射極互換使用時(shí),其特性差異很大,β值將減小很多。
6.場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小,在低噪聲放大電路的輸入級(jí)及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應(yīng)管。
7.場(chǎng)效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路,但由于前者制造工藝簡(jiǎn)單,且具有耗電少,熱穩(wěn)定性好,工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。
8.三極管導(dǎo)通電阻大,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電阻小,只有幾百毫歐姆,在現(xiàn)用電器件上,一般都用場(chǎng)效應(yīng)管做開關(guān)來用,他的效率是比較高的。
主要參數(shù)
直流參數(shù)
飽和漏極電流IDSS它可定義為:當(dāng)柵、源極之間的電壓等于零,而漏
mosfets場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理
場(chǎng)效應(yīng)管
、源極之間的電壓大于夾斷電壓時(shí),對(duì)應(yīng)的漏極電流。
夾斷電壓UP它可定義為:當(dāng)UDS一定時(shí),使ID減小到一個(gè)微小的電流時(shí)所需的UGS。
開啟電壓UT它可定義為:當(dāng)UDS一定時(shí),使ID到達(dá)某一個(gè)數(shù)值時(shí)所需的UGS。
交流參數(shù)
交流參數(shù)可分為輸出電阻和低頻互導(dǎo)2個(gè)參數(shù),輸出電阻一般在幾十千歐到幾百千歐之間,而低頻互導(dǎo)一般在十分之幾至幾毫西的范圍內(nèi),特殊的可達(dá)100mS,甚至更高。
低頻跨導(dǎo)gm它是描述柵、源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。
極間電容場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)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(shù)
①最大漏極電流是指管子正常工作時(shí)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(fā)生在雪崩擊穿、漏極電流開始急劇上升時(shí)的電壓,
④最大柵源電壓是指柵源間反向電流開始急劇增加時(shí)的電壓值。
除以上參數(shù)外,還有極間電容、高頻參數(shù)等其他參數(shù)。
漏、源擊穿電壓當(dāng)漏極電流急劇上升時(shí),產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的UDS。
柵極擊穿電壓結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí),柵、源極之間的PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài),若電流過高,則產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象。
使用時(shí)主要關(guān)注的參數(shù)有:
1、IDSS—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UGS=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UGS—對(duì)漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID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 [2]  。
測(cè)量方法
電阻法測(cè)電極
根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象,可以判別出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法:將萬用表撥在R×1k檔上,任選兩個(gè)電極,分別測(cè)出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等,且為幾千歐姆時(shí),則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因?yàn)閷?duì)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管而言,漏極和源極可互換,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(gè)電極,另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)電極,測(cè)其電阻值。當(dāng)出現(xiàn)兩次測(cè)得的電阻值近似相等時(shí),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(cè)出的電阻值均很大,說明是PN結(jié)的反向,即都是反向電阻,可以判定是P溝道場(chǎng)效應(yīng)管,且黑表筆接的是柵極;若兩次測(cè)出的電阻值均很小,說明是正向PN結(jié),即是正向電阻,判定為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管,黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況,可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測(cè)試,直到判別出柵極為止。
電阻法測(cè)好壞
測(cè)電阻法是用萬用表測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)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(chǎng)效應(yīng)管手冊(cè)標(biāo)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檔,測(cè)量源極S與漏極D之間的電阻,通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊(cè)中可知,各種不同型號(hào)的管,其電阻值是各不相同的),如果測(cè)得阻值大于正常值,可能是由于內(nèi)部接觸不良;如果測(cè)得阻值是無窮大,可能是內(nèi)部斷極。然后把萬用表置于R×10k檔,再測(cè)柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值,當(dāng)測(cè)得其各項(xiàng)電阻值均為無窮大,則說明管是正常的;若測(cè)得上述各阻值太小或?yàn)橥罚瑒t說明管是壞的。要注意,若兩個(gè)柵極在管內(nèi)斷極,可用元件代換法進(jìn)行檢測(cè)。
測(cè)放大能力
用感應(yīng)信號(hào)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(chǎng)效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓,此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G,將人體的感應(yīng)電壓信號(hào)加到柵極上。這樣,由于管的放大作用,漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發(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(dòng)。如果手捏柵極表針擺動(dòng)較小,說明管的放大能力較差;表針擺動(dòng)較大,表明管的放大能力大;若表針不動(dòng),說明管是壞的。根據(jù)上述方法,用萬用表的R×100檔,測(cè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3DJ2F。先將管的G極開路,測(cè)得漏源電阻RDS為600Ω,用手捏住G極后,表針向左擺動(dòng),指示的電阻RDS為12kΩ,表針擺動(dòng)的幅度較大,說明該管是好的,并有較大的放大能力。
 
運(yùn)用這種方法時(shí)要說明幾點(diǎn):首先,在測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管用手捏住柵極時(shí),萬用表針可能向右擺動(dòng)(電阻值減小),也可能向左擺動(dòng)(電阻值增加)。這是由于人體感應(yīng)的交流電壓較高,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(或者工作在飽和區(qū)或者在不飽和區(qū))所致,試驗(yàn)表明,多數(shù)管的RDS增大,即表針向左擺動(dòng);少數(shù)管的RDS減小,使表針向右擺動(dòng)。但無論表針擺動(dòng)方向如何,只要表針擺動(dòng)幅度較大,就說明管有較大的放大能力。第二,此方法對(duì)MOS場(chǎng)效應(yīng)管也適用。但要注意,MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸人電阻高,柵極G允許的感應(yīng)電壓不應(yīng)過高,所以不要直接用手去捏柵極,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(yīng)電荷直接加到柵極,引起柵極擊穿。第三,每次測(cè)量完畢,應(yīng)當(dāng)G-S極間短路一下。這是因?yàn)镚-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷,建立起VGS電壓,造成再進(jìn)行測(cè)量時(shí)表針可能不動(dòng),只有將G-S極間電荷短路放掉才行。
無標(biāo)示管的判別
首先用測(cè)量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳,也就是源極S和漏極D,余下兩個(gè)腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測(cè)的源極S與漏極D之間的電阻值記下來,對(duì)調(diào)表筆再測(cè)量一次,把其測(cè)得電阻值記下來,兩次測(cè)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。用這種方法判別出來的S、D極,還可以用估測(cè)其管的放大能力的方法進(jìn)行驗(yàn)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(cè)結(jié)果均應(yīng)一樣。當(dāng)確定了漏極D、源極S的位置后,按D、S的對(duì)應(yīng)位置裝人電路,一般G1、G2也會(huì)依次對(duì)準(zhǔn)位置,這就確定了兩個(gè)柵極G1、G2的位置,從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。
判斷跨導(dǎo)的大小
測(cè)反向電阻值的變化判斷跨導(dǎo)的大小.對(duì)VMOSV溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管測(cè)量跨導(dǎo)性能時(shí),可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當(dāng)于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開路的,管的反向電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔,此時(shí)表內(nèi)電壓較高。當(dāng)用手接觸柵極G時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說明管的跨導(dǎo)值越高;如果被測(cè)管的跨導(dǎo)很小,用此法測(cè)時(shí),反向阻值變化不大。
測(cè)試方法
結(jié)型場(chǎng)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)。
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)出的阻值都很大,說明均是反向電阻,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。
估測(cè)放大能力
將萬用表撥到R×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。
參數(shù)符號(hào)
Cds---漏-源電容
Cdu---漏-襯底電容
Cgd---柵-漏電容
Cgs---柵-源電容
Ciss---柵短路共源輸入電容
Coss---柵短路共源輸出電容
Crss---柵短路共源反向傳輸電容
D---占空比(占空系數(shù),外電路參數(shù))
di/dt---電流上升率(外電路參數(shù))
dv/dt---電壓上升率(外電路參數(shù))
ID---漏極電流(直流)
IDM---漏極脈沖電流
ID(on)---通態(tài)漏極電流
IDQ---靜態(tài)漏極電流(射頻功率管)
IDS---漏源電流
IDSM---最大漏源電流
IDSS---柵-源短路時(shí),漏極電流
IDS(sat)---溝道飽和電流(漏源飽和電流)
IG---柵極電流(直流)
IGF---正向柵電流
IGR---反向柵電流
IGDO---源極開路時(shí),截止柵電流
IGSO---漏極開路時(shí),截止柵電流
IGM---柵極脈沖電流
IGP---柵極峰值電流
IF---二極管正向電流
IGSS---漏極短路時(shí)截止柵電流
IDSS1---對(duì)管第一管漏源飽和電流
IDSS2---對(duì)管第二管漏源飽和電流
Iu---襯底電流
Ipr---電流脈沖峰值(外電路參數(shù))
gfs---正向跨導(dǎo)
Gp---功率增益
Gps---共源極中和高頻功率增益
GpG---共柵極中和高頻功率增益
GPD---共漏極中和高頻功率增益
ggd---柵漏電導(dǎo)
gds---漏源電導(dǎo)
K---失調(diào)電壓溫度系數(shù)
Ku---傳輸系數(shù)
L---負(fù)載電感(外電路參數(shù))
LD---漏極電感
Ls---源極電感
rDS---漏源電阻
rDS(on)---漏源通態(tài)電阻
rDS(of)---漏源斷態(tài)電阻
rGD---柵漏電阻
rGS---柵源電阻
Rg---柵極外接電阻(外電路參數(shù))
RL---負(fù)載電阻(外電路參數(shù))
R(th)jc---結(jié)殼熱阻
R(th)ja---結(jié)環(huán)熱阻
PD---漏極耗散功率
PDM---漏極最大允許耗散功率
PIN--輸入功率
POUT---輸出功率
PPK---脈沖功率峰值(外電路參數(shù))
to(on)---開通延遲時(shí)間
td(off)---關(guān)斷延遲時(shí)間
ti---上升時(shí)間
ton---開通時(shí)間
toff---關(guān)斷時(shí)間
tf---下降時(shí)間
trr---反向恢復(fù)時(shí)間
Tj---結(jié)溫
Tjm---最大允許結(jié)溫
Ta---環(huán)境溫度
Tc---管殼溫度
Tstg---貯成溫度
VDS---漏源電壓(直流)
VGS---柵源電壓(直流)
VGSF--正向柵源電壓(直流)
VGSR---反向柵源電壓(直流)
VDD---漏極(直流)電源電壓(外電路參數(shù))
VGG---柵極(直流)電源電壓(外電路參數(shù))
Vss---源極(直流)電源電壓(外電路參數(shù))
VGS(th)---開啟電壓或閥電壓
V(BR)DSS---漏源擊穿電壓
V(BR)GSS---漏源短路時(shí)柵源擊穿電壓
VDS(on)---漏源通態(tài)電壓
VDS(sat)---漏源飽和電壓
VGD---柵漏電壓(直流)
Vsu---源襯底電壓(直流)
VDu---漏襯底電壓(直流)
VGu---柵襯底電壓(直流)
Zo---驅(qū)動(dòng)源內(nèi)阻
η---漏極效率(射頻功率管)
Vn---噪聲電壓
aID---漏極電流溫度系數(shù)
ards---漏源電阻溫度系數(shù)
應(yīng)用領(lǐng)域
場(chǎng)效應(yīng)管(fet)是電場(chǎng)效應(yīng)控制電流大小的單極型半導(dǎo)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(wěn)定性好、制造工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn),在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中被應(yīng)用。
場(chǎng)效應(yīng)器件憑借其低功耗、性能穩(wěn)定、抗輻射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),在集成電路中已經(jīng)有逐漸取代三極管的趨勢(shì)。但它還是非常嬌貴的,雖然多數(shù)已經(jīng)內(nèi)置了保護(hù)二極管,但稍不注意,也會(huì)損壞。所以在應(yīng)用中還是小心為妙
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