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基础元器件知识帖之场效应管

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(1)用测电阻法判别结型场效应管的电极
     根据场效应管的PN结正、反向电阻值不一样的现象,可以判别出结型场效应管的三个电极。具体方法:将万用表拨在R×1k档上,任选两个电极,分别测出其正、反向电阻值。当某两个电极的正、反向电阻值相等,且为几千欧姆时,则该两个电极分别是漏极D和源极S。因为对结型场效应管而言,漏极和源极可互换,剩下的电极肯定是栅极G。也可以将万用表的黑表笔(红表笔也行)任意接触一个电极,另一只表笔依次去接触其余的两个电极,测其电阻值。当出现两次测得的电阻值近似相等时,则黑表笔所接触的电极为栅极,其余两电极分别为漏极和源极。若两次测出的电阻值均很大,说明是PN结的反向,即都是反向电阻,可以判定是N沟道场效应管,且黑表笔接的是栅极;若两次测出的电阻值均很小,说明是正向PN结,即是正向电阻,判定为P沟道场效应管,黑表笔接的也是栅极。若不出现上述情况,可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试,直到判别出栅极为止。
(2)用测电阻法判别场效应管的好坏
     测电阻法是用万用表测量场效应管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极G1与栅极G2之间的电阻值同场效应管手册标明的电阻值是否相符去判别管的好坏。具体方法:首先将万用表置于R×10或R×100档,测量源极S与漏极D之间的电阻,通常在几十欧到几千欧范围(在手册中可知,各种不同型号的管,其电阻值是各不相同的),如果测得阻值大于正常值,可能是由于内部接触不良;如果测得阻值是无穷大,可能是内部断极。然后把万用表置于R×10k档,再测栅极G1与G2之间、栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻值,当测得其各项电阻值均为无穷大,则说明管是正常的;若测得上述各阻值太小或为通路,则说明管是坏的。要注意,若两个栅极在管内断极,可用元件代换法进行检测。
(3)用感应信号输人法估测场效应管的放大能力
   具体方法:用万用表电阻的R×100档,红表笔接源极S,黑表笔接漏极D,给场效应管加上1.5V的电源电压,此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的栅极G,将人体的感应电压信号加到栅极上。这样,由于管的放大作用,漏源电压VDS和漏极电流Ib都要发生变化,也就是漏源极间电阻发生了变化,由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极表针摆动较小,说明管的放大能力较差;表针摆动较大,表明管的放大能力大;若表针不动,说明管是坏的。
   根据上述方法,我们用万用表的R×100档,测结型场效应管3DJ2F。先将管的G极开路,测得漏源电阻RDS为600Ω,用手捏住G极后,表针向左摆动,指示的电阻RDS为12kΩ,表针摆动的幅度较大,说明该管是好的,并有较大的放大能力。
   运用这种方法时要说明几点:首先,在测试场效应管用手捏住栅极时,万用表针可能向右摆动(电阻值减小),也可能向左摆动(电阻值增加)。这是由于人体感应的交流电压较高,而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同(或者工作在饱和区或者在不饱和区)所致,试验表明,多数管的RDS增大,即表针向左摆动;少数管的RDS减小,使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何,只要表针摆动幅度较大,就说明管有较大的放大能力。第二,此方法对MOS场效应管也适用。但要注意,MOS场效应管的输人电阻高,栅极G允许的感应电压不应过高,所以不要直接用手去捏栅极,必须用于握螺丝刀的绝缘柄,用金属杆去碰触栅极,以防止人体感应电荷直接加到栅极,引起栅极击穿。第三,每次测量完毕,应当G-S极间短路一下。这是因为G-S结电容上会充有少量电荷,建立起VGS电压,造成再进行测量时表针可能不动,只有将G-S极间电荷短路放掉才行。
(4)用测电阻法判别无标志的场效应管
首先用测量电阻的方法找出两个有电阻值的管脚,也就是源极S和漏极D,余下两个脚为第一栅极G1和第二栅极G2。把先用两表笔测的源极S与漏极D之间的电阻值记下来,对调表笔再测量一次,把其测得电阻值记下来,两次测得阻值较大的一次,黑表笔所接的电极为漏极D;红表笔所接的为源极S。用这种方法判别出来的S、D极,还可以用估测其管的放大能力的方法进行验证,即放大能力大的黑表笔所接的是D极;红表笔所接地是8极,两种方法检测结果均应一样。当确定了漏极D、源极S的位置后,按D、S的对应位置装人电路,一般G1、G2也会依次对准位置,这就确定了两个栅极G1、G2的位置,从而就确定了D、S、G1、G2管脚的顺序。
(5)用测反向电阻值的变化判断跨导的大小
对VMOS N沟道增强型场效应管测量跨导性能时,可用红表笔接源极S、黑表笔接漏极D,这就相当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的,管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档,此时表内电压较高。当用手接触栅极G时,会发现管的反向电阻值有明显地变化,其变化越大,说明管的跨导值越高;如果被测管的跨导很小,用此法测时,反向阻值变化不大。
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:33:57  | 显示全部楼层

场效应管参数符号意义

Cds---漏-源电容
Cdu---漏-衬底电容
Cgd---栅-源电容
Cgs---漏-源电容
Ciss---栅短路共源输入电容
Coss---栅短路共源输出电容
Crss---栅短路共源反向传输电容
D---占空比(占空系数,外电路参数)
di/dt---电流上升率(外电路参数)
dv/dt---电压上升率(外电路参数)
ID---漏极电流(直流)
IDM---漏极脉冲电流
ID(on)---通态漏极电流
IDQ---静态漏极电流(射频功率管)
IDS---漏源电流
IDSM---最大漏源电流
IDSS---栅-源短路时,漏极电流
IDS(sat)---沟道饱和电流(漏源饱和电流)
IG---栅极电流(直流)
IGF---正向栅电流
IGR---反向栅电流
IGDO---源极开路时,截止栅电流
IGSO---漏极开路时,截止栅电流
IGM---栅极脉冲电流
IGP---栅极峰值电流
IF---二极管正向电流
IGSS---漏极短路时截止栅电流
IDSS1---对管第一管漏源饱和电流
IDSS2---对管第二管漏源饱和电流
Iu---衬底电流
Ipr---电流脉冲峰值(外电路参数)
gfs---正向跨导
Gp---功率增益
Gps---共源极中和高频功率增益
GpG---共栅极中和高频功率增益
GPD---共漏极中和高频功率增益
ggd---栅漏电导
gds---漏源电导
K---失调电压温度系数
Ku---传输系数
L---负载电感(外电路参数)
LD---漏极电感
Ls---源极电感
rDS---漏源电阻
rDS(on)---漏源通态电阻
rDS(of)---漏源断态电阻
rGD---栅漏电阻
rGS---栅源电阻
Rg---栅极外接电阻(外电路参数)
RL---负载电阻(外电路参数)
R(th)jc---结壳热阻
R(th)ja---结环热阻
PD---漏极耗散功率
PDM---漏极最大允许耗散功率
PIN--输入功率
POUT---输出功率
PPK---脉冲功率峰值(外电路参数)
to(on)---开通延迟时间
td(off)---关断延迟时间
ti---上升时间
ton---开通时间
toff---关断时间
tf---下降时间
trr---反向恢复时间
Tj---结温
Tjm---最大允许结温
Ta---环境温度
Tc---管壳温度
Tstg---贮成温度
VDS---漏源电压(直流)
VGS---栅源电压(直流)
VGSF--正向栅源电压(直流)
VGSR---反向栅源电压(直流)
VDD---漏极(直流)电源电压(外电路参数)
VGG---栅极(直流)电源电压(外电路参数)
Vss---源极(直流)电源电压(外电路参数)
VGS(th)---开启电压或阀电压
V(BR)DSS---漏源击穿电压
V(BR)GSS---漏源短路时栅源击穿电压
VDS(on)---漏源通态电压
VDS(sat)---漏源饱和电压
VGD---栅漏电压(直流)
Vsu---源衬底电压(直流)
VDu---漏衬底电压(直流)
VGu---栅衬底电压(直流)
Zo---驱动源内阻
η---漏极效率(射频功率管)
Vn---噪声电压
aID---漏极电流温度系数
ards---漏源电阻温度系数
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:35:00  | 显示全部楼层

MOS场效应管

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。

1.gif

       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
    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/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。下面介绍检测方法。
    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R×100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。
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:36:19  | 显示全部楼层

场效应管特点

场效应管是电压控制器件,栅极基本不取电流,而晶体管是电流控制器件,基极必须取一定的电流,应此对于信号源额定电流极小的情况下,常选用场效应管。 2.场效应管是多子导电,晶体管是两种载流子参与导电。但少子受环境影响明显。
3.场效应管FET和晶体管BJT一样具有放大作用,而且这两种放大元件间存在着电极对应关系G-b,S-e,D-c。因此根据BJT电路,即可得到与之对应的FET放大电路。但不能简单地加以替换,否则有时电路不能正常工作。场效应除作放大器件及可控开关外还可作压控可变线性电阻使用。
4.场效应管S极和D极是对称的,可以互换使用,耗尽型MOS管栅源电压可正可负使用比晶体三极管灵活。
5.场效应管组成放大电路时与晶体管一样,必须选择合适的静态工作点,栅极必须有合适的偏压,但不出现偏流,对不同类型场效应管对偏压的极性要求不同,特列如下:
类型
VGS
VDS
类型
VGS
VDS
N沟道JFET
P沟道JFET
N沟道EMOS
P沟道EMOS
N沟道DMOS
正/负
P沟道DMOS
正/负

:JFET表示结型场效应管,DMOS表示耗尽型场效应管;EMOS表示增强型场效应管
自给偏压电路
如图,为自给偏压电路。电容对Rs起旁路作用——源极旁路电容。

1.gif
自给偏压电路
注:增强型场效应管(MOSFET)只有G—S间电压先达到某个开启电压VT时才有ID,所以自偏压不适用于增强型MOSFET
分析:当Is流过Rs时产生Vs压降对地是负值。所以,VGS=VG-VS=-ISRS=-IDRS
问题是:VGS决定于ID而ID又随VGS变化而变化,如何能确定ID、VGS之值呢?下面内容介绍两种解法。
图解法
步骤:
(1)作直流负载线(从输出回手)
直流负载线于输出特性曲线的不同VGS的交点,即管子内部方程与输出回路方程的联立解,表明电路中ID,VDS,VGS的数值必在这些交点上。
(2)利用直流负载线上的点作转移特性曲线。
(3)定静态工作点Q(从G极回路入手)因Q还应满足输入回路,所以作输入回路的直流负载线VGS=-IDRS,如图。
(4)代入数据,得Q:VGS,VDS,ID


2.gif

计算法
计算法采用下列公式求解:

式子的IDSS称为饱和电流,即为VGS=0时ID的值;VP称为夹断电压,当VGS =VP时,漏极电流ID为0。
让我们来看一个例子,电路如图.
已知:VP=-4V , IDSS=2mA。代入上述两个公式得:
求解此两方程,解得:ID1=0.82mA, ID2=0.30mA
因为-ID1RS< VP ,因而 ID1=0.82mA不合题意,舍去,故静态漏极电流 IDQ为
IDQ=0.30mA;
静态管压降VGSQ、VDSQ 分别为

JFET
MOSFET
N

P 沟

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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:39:32  | 显示全部楼层

场效应管基础知识

一、场效应管的分类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。

                               
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二、场效应三极管的型号命名方法  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、I DSS — 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U GS=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U GS — 对漏极电流I D的控制能力,即漏极电流I D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


                               
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几种常用的场效应三极管的主要参数
四、场效应管的作用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。

                               
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:40:35  | 显示全部楼层

场效应管好坏测量方法

将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。

2.判定源极S、漏极D

由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极。

3.测量漏-源通态电阻RDS(on)

将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧。

由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。
检查跨导

将万用
置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。

注意事项:

(1)VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置。

(2)有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。

(3)目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构。

(4)现在市售VNF系列(N沟道)产品,是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。

(5)使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W。

(6)多管并联后,由于极电容和分布电容相应增加,使放大器的高频特性变坏,通过反馈容易引起放大器的高频寄生振荡。为此,并联复合管管子一般不超过4个,而且在每管基极或栅极上串接防寄生振荡电阻。
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:41:18  | 显示全部楼层

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(0.1μA左右),还具有耐压高(最高1200V)、工作电流大(1.5A~100A)、输出功率高(1~250W)、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、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。

VMOS场效应功率管具有极高的输入阻抗及较大的线性放大区等优点,尤其是其具有负的电流温度系数,即在栅-源电压不变的情况下,导通电流会随管温升高而减小,故不存在由于“二次击穿”现象所引起的管子损坏现象。因此,VMOS管的并联得到广泛应用。
    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,从图1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。

下面介绍检测VMOS管的方法。
1.判定栅极G
将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。

2.判定源极S、漏极D
由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极。

3.测量漏-源通态电阻RDS(on)
将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧。
由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值)。

4.检查跨导
将万用表置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。


注意事项:
(1)VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置。

(2)有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。

(3)目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构。

(4)现在市售VNF系列(N沟道)产品,是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。

(5)使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W。

(6)多管并联后,由于极间电容和分布电容相应增加,使放大器的高频特性变坏,通过反馈容易引起放大器的高频寄生振荡。为此,并联复合管管子一般不超过4个,而且在每管基极或栅极上串接防寄生振荡电阻。
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:43:17  | 显示全部楼层

场效应管的知识与测量

1.什么叫场效应管?
Fffect Transistor的缩写,即为场效应晶体管。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。FET应用范围很广,但不能说现在普及的双极型晶体管都可以用FET替代。然而,由于FET的特性与双极型晶体管的特性完全不同,能构成技术性能非常好的电路。
2. 场效应管的特征:
  

                               
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f
(a) JFET的概念图

                               
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(b) JFET的符号
图1 JFET的概念图、符号
     图1(b)门极的箭头指向为p指向 n方向,分别表示内向为n沟道JFET,外向为p沟道JFET。
     图1(a)表示n沟道JFET的特性例。以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。
   首先,门极-源极间电压以0V时考虑(VGS =0)。在此状态下漏极-源极间电压VDS 从0V增加,漏电流ID几乎与VDS 成比例增加,将此区域称为非饱和区。VDS 达到某值以上漏电流ID 的变化变小,几乎达到一定值。此时的ID 称为饱和漏电流(有时也称漏电流用IDSS 表示。与此IDSS 对应的VDS 称为夹断电压VP ,此区域称为饱和区。
   其次在漏极-源极间加一定的电压VDS (例如0.8V),VGS 值从0开始向负方向增加,ID 的值从IDSS 开始慢慢地减少,对某VGS 值ID =0。将此时的VGS 称为门极-源极间遮断电压或者截止电压,用VGS (off)示。n沟道JFET的情况则VGS (off) 值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID =0的VGS 因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID =0.1-10μA 的VGS 定义为VGS (off) 的情况多些。 关于JFET为什么表示这样的特性,用图作以下简单的说明。

                               
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     JFET的工作原理用一句话说,就是"漏极-源极间流经沟道的ID ,用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压控制ID "。更正确地说,ID 流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘故。
    在VGS =0的非饱和区域,图10.4.1(a)表示的过渡层的扩展因为不很大,根据漏极-源极间所加VDS的电场,源极区域的某些电子被漏极拉去,即从漏极向源极有电流ID 流动。达到饱和区域如图10.4.2(a)所示,从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型,ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡,并不是电流被切断。
    在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动,在理想状态下几乎具有绝缘特性,通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场,实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近,由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。
    如图10.4.1(b)所示的那样,即便再增加VDS ,因漂移电场的强度几乎不变产生ID 的饱和现象。
    其次,如图10.4.2(c)所示,VGS 向负的方向变化,让VGS =VGS (off) ,此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS 的电场大部分加到过渡层上,将电子拉向漂移方向的电场,只有靠近源极的很短部分,这更使电流不能流通。

3.场效应管的分类和结构:
FET根据门极结构分为如下两大类。其结构如图3所示:

             面结型FET(简化为JFET)                 门极绝缘型FET(简化为MOS FET)

   

                               
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图3. FET的结构

     各种结构的FET均有门极、源极、漏极3个端子,将这些与双极性晶体管的各端子对应如表1所示。
FET
双极性晶体管
漏极
集电极
门极
基极
源极发射极
JFET是由漏极与源极间形成电流通道(channel)的p型或n型半导体,与门极形成pn结的结构。
另外,门极绝缘型FET是通道部分(Semicoductor)上形成薄的氧化膜(Oxide),并且在其上形成门极用金属薄膜(Metal)的结构。从制造门极结构材质按其字头顺序称为MOS FET。
根据JFET、MOS FET的通道部分的半导体是p型或是n型分别有p沟道元件,n沟道元件两种类型。
图3均为n沟道型结构图。

4.场效应管的传输特性和输出特性:

                               
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图4 JFET的特性例(n沟道)
从图4所示的n沟道JFET的特性例来看,让VGS 有很小的变化就可控制ID 很大变化的情况是可以理解的。采用JFET设计放大器电路中,VGS 与ID 的关系即传输特性是最重要的,其次将就传输特性以怎样方式表示加以说明。

                               
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图5 传输特性
这个传输特性包括JFET本身的结构参数,例如沟道部分的杂质浓度和载体移动性,以致形状、尺寸等,作为很麻烦的解析结果可导出如下公式(公式的推导略去)


                               
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10.4.1
作为放大器的通常用法是VGS 、VGS (off) < 0(n沟道),VGS 、VGS (off) >0(p沟道)。式(10.4.1)用起来比较困难,多用近似的公式表示如下


                               
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将此式就VGS 改写则得下式

                               
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上(10.4.2)   下(10.4.3) 若说式(10.4.2)是作为JFET的解析结果推导出来的,不如说与实际的JFET的特性或者式(10.4.1)很一致的作为实验公式来考虑好些。图5表示式(10.4.1)、式(10.4.2)及实际的JFET的正规化传输特性,即以ID /IDSS为纵坐标,VGS /VGS (off) 为横坐标的传输特性。n沟道的JFET在VGS < 0的范围使用时,因VGS(off) < 0,VGS /VGS(off) >0,但在图5上考虑与实际的传输特性比较方便起见,将原点向左方向作为正方向。但在设计半导体电路时,需要使用方便且尽可能简单的近似式或实验式。
传输特性相当于双极性晶体管的VBE -IE特性,但VBE -IE 特性是与高频用、低频用、功率放大用等用途及品种无关几乎是同一的。与此相反,JFET时,例如即使同一品种IDSS、VGS(off)的数值有很大差异,传输特性按各产品也不同。
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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:44:08  | 显示全部楼层

关于双极型晶体管和场效应管的一点基本知识

1.场效应管主要有结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)。绝缘栅型
场效应管的衬底(B)与源析(S)连在一起,它的三个极分别为栅极(G)、漏极(D)
和源极(S)。晶体管分NPN和PNP管,它的三个极分别为基极(b)、集电极(c)、发射
极(e)。场效应管的G、D、S极与晶体管的b、c、e极有相似的功能。绝缘栅型效应管和
结型场效应管的区别在于它们的导电机构和电流控制原理根本不同,结型管是利用耗尽
区的宽度变化来改变导电沟道的宽窄以便控制漏极电流,绝缘栅型场效应管则是用半导
体表面的电场效应、电感应电荷的多少去改变导电沟道来控制电流。它们性质的差异使
结型场效应管往往运用在功放输入级(前级),绝缘栅型场效应管则用在功放末级(输
出级)。

2.双极型晶体管内部电流由两种载流子形成,它是利用电流来控制。场效应管是电
压控制器件,栅极(G)基本上不取电流,而晶体管的基极总要取一定的电流,所以在只
允许从信号源取极小量电流的情况下,应该选用场效应管。而在允许取一定量电流时,
选用晶体管进行放大,可以得到比场效应管高的电压放大倍数。

3.场效应管是利用多子导电(多子:电子为多数载流子,简称多子),而晶体管是
既利用多子,又利用少子(空穴为少数载流子,简称少子),由于少子的浓度易受温度
,辐射等外界条件的影响,因此在环境变化比较剧烈的条件下,采用场效应管比较合适


4.功率放大电路是一种弱电系统,具有很高的灵敏度,很容易接受外界和内部一些
无规则信号的影响,也就是在放大器的输入端短路时,输出端仍有一些无规则的电压或
电流变化输出,利用示波器或扬声器就可觉察到。这就是功率放大器的噪声或干扰电压
。噪声所产生的影响常用噪声系数Nf表示,单位为分贝(dB),Nf越小越好,Nf=输入信
号噪声比/输出信号噪声比,晶体管的噪声来源有三种:⑴热噪声:由于载流子不规则的
热运动,通过半导体管内的体电阻时而产生;⑵散粒噪声:通常所说的三极管中的电流
只是一个平均值,实际上通过发射结注入基区的载流子数目,在各个瞬时都不相同,因
而引起发射极电流或集电极电流有一无规则的流动,产生散粒噪声;⑶颤动噪声:晶体
管产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚,但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合
所引起,因此与半导体材料本身及工艺水平有关。而场效应管的噪声只产生于载流子的
运动,所以场效应管的Nf比晶体管的要小。

放大器不仅其放大其输入端的噪声,而且,放大器本身也存在噪声,所以其输
出端的信噪比必然小于输入端信噪比,放大器本身噪声越大,它的输出端信噪比就越小
于输入端信噪比,Nf就越大,所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管,或者低噪
声晶体管。

5.场效应管的漏、源极可以互换、耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正,可负,灵活性
比晶体管强。不过在音响功率放大器中,场效应管多以N沟/P沟对管出现,晶体管也以PN
P/NPN对管出现。但场效应管在业余应用中较为脆弱,成本也较高。

从以上场效应管和晶体管的对比中不难发现,场效应管具有输入阻抗高、噪声
低、功耗低、热稳定性高、抗辐射能力强等优点,因此场效应管的总体性能上要优于晶
体管,在许多优秀的功率放大器中,场效应管得到了较为普遍的采用。而采用晶体管的
功率放大器取得靓声者也同样屡见不鲜。工程师根据两种管子的特性,取其各自的优点
,设计出一种组合管,效果嘛,当然比它们好。

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00d44  管理员  发表于 2009-3-21 08:44:46  | 显示全部楼层
概述   场效应晶体管:英文名称为Field Effect Transistor,缩写为FET,简称场效应管
  各类场效应管根据其沟道所采用的半导体材料,可分为N型沟道和P型沟道两种。所谓沟道,就是电流通道。
  半导体的场效应,是在半导体表面的垂直方向上加一电场时,电子和空穴在表面电场作用下发生运动,半导体表面载流子的重新分布,因而半导体表面的导电能力受到电场的作用而改变,即改变为加电压的大小和方向,可以控制半导体表面层中多数载流子的浓度和类型,或控制PN结空间电荷区的宽度,这种现象称半导体的场效应。
  场效应管属于电压控制元件,这一点类似于电子管的三极管,但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的,与双极型晶体管相比,场效应晶体管具有如下特点:
  (1)输入阻抗高;
  (2)输入功耗小;
  (3)温度稳定性好;
  (4)信号放大稳定性好,信号失真小;
  (5)由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散粒噪声,所以噪声低。
  根据构造和工艺的不同,场效应管分为结型和绝缘型两大类。
  结型场效应管
  图十一(a)是结型场效应管的结构示意图。
  图十一(b)是N型导电沟道结型场效应管的电路符号。


                               
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  在两个高掺杂的P区中间,夹着一层低掺杂的N区(N区一般做得很薄),形成了两个PN结。在N区的两端各做一个欧姆接触电极,在两个P区上也做上欧姆电极,并把这两个P区连起来,就构成了一个场效应管。从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D,从两个P区引出的电极叫栅极G,很薄的N区称为导电沟道。
  绝缘栅型场效应管
  

                               
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绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种,我们称在正常情况下导通的为耗尽型场效应管,在正常情况下断开的称增强型效应管。增强型场效应管特点:当Vgs = 0时Id(漏极电流) = 0,只有当Vgs增加到某一个值时才开始导通,有漏极电流产生。并称开始出现漏极电流时的栅源电压Vgs为开启电压。   耗尽型场效应管的特点,它可以在正或负的栅源电压(正或负偏压)下工作,而且栅极上基本无栅流(非常高的输入电阻)。
  结型栅场效应管应用的电路可以使用绝缘栅型场效应管,但绝缘栅增强型场效管应用的电路不能用结型 栅场效应管代替。
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