场效应管根据三极管的原理开发出的新一代放大元件,有 3个极性,栅极, 漏极,源极,它的特点是栅极的内阻极高,采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压控制型器件--------------------------------------------------------------1. 概念 :场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写 (FET简称场效应管 . 由多数载流子参与导电 , 也称为单极型晶体管 . 它属于电压控制型半导体器件 .特点 :具有输入电阻高(100000000~1000000000Ω、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 .作用 :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 .场效应管可以用作电子开关 .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 . 场效应管可以用作可变电阻 . 场效应管可以方便地用作恒流源 .2. 场效应管的分类 :场效应管分结型、绝缘栅型 (MOS两大类按沟道材料 :结型和绝缘栅型各分 N 沟道和 P 沟道两种 .按导电方式 :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 :3. 场效应管的主要参数 :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 .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 .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 .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 .BVDS —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BVDS.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 .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 IDSMCds---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(thjc---结壳热阻R(thja---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4. 结型场效应管的管脚识别 :判定栅极 G:将万用表拨至 R×1k 档 , 用万用表的负极任意接一电极 , 另一只表笔依次去接触其余的两个极 , 测其电阻 . 若两次测得的电阻值近似相等 , 则负表笔所接触的为栅极 , 另外两电极为漏极和源极 . 漏极和源极互换 , 若两次测出的电阻都很大 , 则为 N 沟道 ; 若两次测得的阻值都很小 , 则为 P 沟道 .判定源极 S 、漏极 D: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 .5. 场效应管与晶体三极管的比较场效应管是电压控制元件 , 而晶体管是电流控制元件 . 在只允许从信号源取较少电流的情况下 , 应选用场效应管 ; 而在信号电压较低 , 又允许从信号源取较多电流的条件下 , 应选用晶体管 .晶体三极管与场效应管工作原理完全不同,但是各极可以近似对应以便于理解和设计:晶体管:基极发射极集电极场效应管 :栅极源极漏极要注意的是, 晶体管 (NPN型设计发射极电位比基极电位低 (约 0.6V , 场效应管源极电位比栅极电位高 (约 0.4V 。
场效应管是利用多数载流子导电 , 所以称之为单极型器件 , 而晶体管是即有多数载流子 , 也利用少数载流子导电 , 被称之为双极型器件 .有些场效应管的源极和漏极可以互换使用 , 栅压也可正可负 , 灵活性比晶体管好 .场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作 , 而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上 , 因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用 .一、场效应管的结构原理及特性场效应管有结型和绝缘栅两种结构,每种结构又有 N 沟道和 P 沟道两种导电沟道。
1、结型场效应管(JFET(1结构原理它的结构及符号见图 1。
在 N 型硅棒两端引出漏极 D 和源极 S 两个电极, 又在硅棒的两侧各做一个 P 区,形成两个 PN 结。
在 P 区引出电极并连接起来,称为栅极 Go 这样就构成了 N 型沟道的场效应管图 1、 N 沟道结构型场效应管的结构及符号由于 PN 结中的载流子已经耗尽,故 PN 基本上是不导电的,形成了所谓耗尽区,从图 1中可见,当漏极电源电压 ED 一定时,如果栅极电压越负, PN 结交界面所形成的耗尽区就越厚,则漏、源极之间导电的沟道越窄,漏极电流 ID 就愈小;反之,如果栅极电压没有那么负,则沟道变宽, ID 变大,所以用栅极电压 EG 可以控制漏极电流 ID 的变化,就是说,场效应管是电压控制元件。
(2特性曲线1转移特性图 2(a 给出了 N 沟道结型场效应管的栅压 ---漏流特性曲线,称为转移特性曲线,它和电子管的动态特性曲线非常相似,当栅极电压 VGS=0时的漏源电流。
用 IDSS 表示。
VGS 变负时, ID 逐渐减小。
ID 接近于零的栅极电压称为夹断电压,用 VP 表示,在0≥VGS≥VP 的区段内, ID 与 VGS 的关系可近似表示为: ID=IDSS(1-|VGS/VP|其跨导 gm 为:gm=(△ ID/△ VGS |VDS=常微(微欧 |式中:△ ID------漏极电流增量(微安------△ VGS-----栅源电压增量(伏图 2、结型场效应管特性曲线 2）漏极特性（输出特性）图 2(b给出了场效应管的漏极特性曲线，它和晶体三极管的输出特性曲线很相似。
①可变电阻区（图中 I 区）在 I 区里 VDS 比较小，沟通电阻随栅压 VGS 而改变，故称为可变电阻区。
当栅压一定时，沟通电阻为定值，ID 随 VDS 近似线性增大，当 VGS＜VP 时，漏源极间电阻很大（关断）。
IP=0；当 VGS=0 时，漏源极间电阻很小（导通），ID=IDSS。
这一特性使场效应管具有开关作用。
②恒流区（区中 II 区）当漏极电压 VDS 继续增大到 VDS＞|VP|时，漏极电流，IP 达到了饱和值后基本保持不变，这一区称为恒流区或饱和区，在这里，对于不同的 VGS 漏极特性曲线近似平行线，即 ID 与 VGS 成线性关系，故又称线性放大区。
③击穿区（图中Ⅲ区）如果 VDS 继续增加，以至超过了 PN 结所能承受的电压而被击穿，漏极电流 ID 突然增大，若不加限制措施，管子就会烧坏。
2、绝缘栅场效应管它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属---氧化物---半导体场效应管，简称 MOS 场效应管。
（1）结构原理它的结构、电极及符号见图 3 所示，以一块 P 型薄硅片作为衬底，在它上面扩散两个高杂质的 N 型区，作为源极 S 和漏极 D。