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场效应管的特性依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,采纳二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压掌握型器件[编辑本段]
1.概念场效应管场效应晶体管FieldEffectTransistor缩写FET简称场效应管.由多数载流子参加导电也称为单极型晶体管.它属于电压掌握型半导体器件.特点具有输入电阻高100MO~1000MQ、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、平安工作区域宽、热稳定性好等优点,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特别适合作阻抗变换.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•场效应管可以便利地用作恒流源.[编辑本段]
2.场效应管的分类</B>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.两电极为漏极和源极漏极和源极互换着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,因此依据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.[编辑本段]
5.场效应管与晶体三极管的比较场效应管是电压掌握元件,而晶体管是电流掌握元件.在只允许从信号源取较少电流的状况下,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放射极集电极场效应管栅极源极漏极要留意的是,晶体管(NPN型)设计放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)场效应管是采用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子也采用少数载流子导电,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,栅压也可正可负敏捷性比晶体管好.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便利地把许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JFET1结构原理它的结构及符号见图L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肯定时,假如栅极电压越负,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,假如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可以掌握漏极电流ID的变化,就是说,场效应管是电压掌握元件2特性曲线1转移特性图2a给出了N沟道结型场效应管的栅压-一漏流特性曲线,称为转移特性曲线,它和电子管的动态特性曲线特别相像,当栅极电压VGS=0时的漏源电流用IDSS表示VGS变负时ID渐渐减小ID接近于零的栅极电压称为夹断电压,用VP表示,在02VGSVP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=(MD/WGS)|VDS=常微(微欧)|式中md——漏极电流增量(微安)——WGS-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像
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而转变,故称为可变电阻区当栅压肯定时,沟通电阻为定值,ID随VDS近似线性增大,当VGSVP时,漏源极间电阻很大(关断\IP=O;当VGS=O时,漏源极间电阻很小(导通)ID=IDSSO这一特性使场效应管具有开关作用
②恒流区(区中H区)当漏极电压VDS连续增大到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DI区)假如VDS连续增加,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,在它上面集中两个高杂质的N型区,作为源极S和漏极Do在硅片表掩盖一层绝缘物,然后再用金属铝引出一个电极G(栅极)由于栅极与其它电极绝缘,所以称为绝缘栅场面效应管图
3、N沟道(耗尽型)绝缘栅场效应管结构及符号在制造管子时,通过工艺使绝缘层中消失大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=O时也有较大的漏极电流ID当栅极电压转变时,沟道内被感应的电荷量也转变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化场效应管的式作方式有两种当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型,当栅压为零,漏极电流也为零,必需再加肯定的栅压之后才有漏极电流的称为增加型
(2)特性曲线1)转移特性(栅压――漏流特性)图4(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移行性曲线,图中Vp为夹断电压(栅源截止电压);IDSS为饱和漏电流图4(b)给出了N沟道增加型绝缘栅场效管的转移特性曲线,图中Vr为开启电压当栅极电压超过VT时,漏极电流才开头显著增加2)漏极特性(输出特性)图5(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的输出特性曲线图5(b)为N沟道增加型绝缘栅场效应管的输出特性曲线图
4、N沟道MOS场效管的转移特性曲线图
5、N沟道MOS场效应管的输出特性曲线此外还有N衬底P沟道(见图1)的场效应管,亦分为耗尽型号增加型两种,各种场效应器件的分类,电压符号和主要伏安特性(转移特性、输出特性)
二、场效应管的主要参数
1、夹断电压VP当VDS为某一固定数值,使IDS等于某一微小电流时,栅极上所加的偏压VGS就是夹断电压VPO
2、饱和漏电流IDSS在源、栅极短路条件下漏源间所加的电压大于VP时的漏极电流称为IDSSO
3、击穿电压BVDS表示漏、源极间所能承受的最大电压,即漏极饱和电流开头提升进入击穿区时对应的VDSO
4、直流输入电阻RGS
5、低频跨导gm漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压微数变量之比,称为跨导,即gm=△ID/aVGS它是衡量场效应管栅源电压对漏极电流掌握力量的一个参数,也是衡量放大作用的重要参数此参灵敏常以栅源电压变化1伏时漏极相应变化多少微安(pA/V或毫文mA/V)金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应,在半导体中感生出导电沟道来进行工作的当栅g电压vg增大时,p型半导体表面的多数载流子枣空穴削减、耗尽,而电子积累到反型当表面达到反型时,电子积累层将在n+源区s和n+漏区d形成导电沟道当vds工0时,源漏电极有较大的电流ids流过使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压vt当vgsvt并取不同数值时,反型层的导电力量将转变,在的vds下也将产生不同的ids实现栅源电压vgs对源漏电流ids的掌握场效应管(fet)是电场效应掌握电流大小的单极型半导体器件在其输入端基本不取电流或电流微小,具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简洁等特点,在大规模和超大规模集成电路中被应用fet和双极型三极管相类似,电极对应关系是b®g、e®s、c®d;由fet组成的放大电路也和三极管放大电路相类似,三极管放大电路基极回路一个偏置电流(偏流),而fet放大电路的场效应管栅极没有电流,fet放大电路的栅极回路一个合适的偏置电压(偏压)fet组成的放大电路和三极管放大电路的主要区分:场效应管是电压掌握型器件靠栅源的电压变化来掌握漏极电流的变化,放大作用以跨导来;三极管是电流掌握型器件,靠基极电流的变化来掌握集电极电流的变化,放大作用由电流放大倍数来场效应管放大电路分为共源、共漏、共栅极三种组态在分析三种组态时,可与双极型三极管的共射、共集、共基对比,体会二者间的相像与区分之处按导电方式:耗尽型与增加型,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,也有增加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沟耗尽型和增加型;P沟耗尽型和增加型四大类.[编辑本段]
3.场效应管的主要参数/BIdss—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=O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.是指增加型绝缘栅场效管中,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的掌握力量,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值©M是衡量场效应管放大力量的重要参数.BVDS—漏源击穿电压.是指栅源电压UGS肯定时,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需小于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并留有肯定余量.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-漏电容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--电流提升率(外电路参数)dv/dt--电压提升率(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--对管其次管漏源饱和电流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---共源极中和局)频功率增益GpG-一共栅极中和高频功率增益GPD-一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-一负载电感外电路参数LD--漏极电感Ls--源极电感rDS--漏源电阻rDSon--漏源通态电阻rDSof---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Rthjc一结壳热阻Rthja一结环热阻PD--漏极耗散功率PDM--漏极最大允许耗散功率PIN一输入功率POUT…输出功率PPK--脉冲功率峰值外电路参数ton---开通延迟时间tdoff--关断延迟时间tii提升时间ton---开通时间toff--关断时间tf—下降时间tlT--反向恢复时间Tj一结温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一源极(直流)电源电压(外电路参数)VGS(th)一开启电压或阀电压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T—漏极效率(射频功率管)Vn---噪声电压alD—漏极电流温度系数ards--漏源电阻温度系数[编辑本段]
4.结型场效应管的管脚识别<加>判定栅极G:将万用表拨至Rxlk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,此外。