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信息來(lái)源：本站 日期：2017-09-27
場(chǎng)效應晶體管通常簡(jiǎn)稱(chēng)為場(chǎng)效應管，是一種應用場(chǎng)效應原理工作的半導體器件，外形如圖4.21所示。和普通雙極型晶體管相比擬，場(chǎng)效應管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特性，得到了越來(lái)越普遍的應用。
場(chǎng)效應管的品種很多，主要分為結型場(chǎng)效應管和絕緣柵場(chǎng)效應管兩大類(lèi)，又都有N溝道和P溝道之分。
絕緣柵場(chǎng)效應管也叫做金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管，簡(jiǎn)稱(chēng)為MOS場(chǎng)效應管，分為耗盡型MOS管和加強型MOS管。
場(chǎng)效應管還有單柵極管和雙柵極管之分。雙柵場(chǎng)效應管具有兩個(gè)相互獨立的柵極G1和G2，從構造上看相當于由兩個(gè)單柵場(chǎng)效應管串聯(lián)而成，其輸出電流的變化受到兩個(gè)柵極電壓的控制。雙柵場(chǎng)效應管的這種特性，在作為高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解調器運用時(shí)會(huì )帶來(lái)很大便當。
場(chǎng)效應管的文字符號為“VT”，圖形符號如圖4-22所示。
場(chǎng)效應管普通具有3個(gè)引腳，分別是柵極G、源極s和漏極D，它們的功用分別對應于雙極型晶體管的基極b、發(fā)射極e和集電極c。由于場(chǎng)效應管的源極s和漏極D是對稱(chēng)的，實(shí)踐運用中能夠互換。雙柵極場(chǎng)效應管具有4個(gè)引腳，分別是柵極G1和G2、源極S和漏極D。常用場(chǎng)效應管的引腳如圖4-23所示，運用中應注意識別。
場(chǎng)效應管的特點(diǎn)由柵極電壓UG控制其漏極電流ID。和普通雙極型晶體管相比擬，場(chǎng)效應管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特性。
場(chǎng)效應管的基本工作原理如圖4- 24所示（以結型N溝道管為例）。由于柵極G接有負偏壓（-UG），在G左近構成耗盡層。
當負偏壓（-UG）的絕對值增大時(shí)，耗盡層增大，溝道減小，漏極電流ID減小。當負偏壓（-Uc）的絕對值減小時(shí)，耗盡層減小，溝道增大，漏極電流ID增人?？梢?jiàn)，漏極電流ID受柵極電壓的控制，所以場(chǎng)效應管是電壓控制型器件，即經(jīng)過(guò)輸入電壓的變化來(lái)控制輸出電流的變化，從而到達放大等目的。
和雙極型晶體管一樣，場(chǎng)效應管用于放大等電路時(shí)，其柵極也應加偏置電壓。
結型場(chǎng)效應管的柵極應加反向偏置電壓，即N溝道管加負柵壓，P溝道管加正柵壓。加強型絕緣柵場(chǎng)效應管應加正向柵壓。耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管的柵壓可正、可負、可為“0”，見(jiàn)表4-2。加偏置的辦法有固定偏置法、自給偏置法、直接耦合法等。
場(chǎng)效應管的參數很多，包括直流參數、交流參數和極限參數，但普通運用時(shí)只需關(guān)注以下主要參數：飽和漏源電流IDss、夾斷電壓Ue，（結型管和耗盡型絕緣柵管）或開(kāi)啟電壓JT（加強型絕緣柵管）、跨導gm、漏源擊穿電壓BUDS最大耗散功率PDSM和最大漏源電流IDSM。
(1)飽和漏源電流
飽和漏源電流IDSS是指結型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管中，柵極電壓UGS=O時(shí)的漏源電流。
(2)夾斷電壓
夾斷電壓UP是指結型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓。如圖4-25所示為N溝道管的UGS-ID曲線(xiàn)，可明白看出IDSS和UP的意義。如圖4-26所示為P溝道管的UGS-ID曲線(xiàn)。
(3)開(kāi)啟電壓
開(kāi)啟電壓UT是指加強型絕緣柵場(chǎng)效應管中，使漏源間剛導通時(shí)的柵極電壓。如圖4-27所示為N溝道管的UGS-ID曲線(xiàn)，可明白看出UT的意義。如圖4-28所示為P溝道管的UGS-ID曲線(xiàn)。
(4)跨導
跨導gm，是表示柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制才能，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化餐的比值。gm是權衡場(chǎng)效應管放大才能的重要參數。
(5)漏源擊穿電壓
漏源擊穿電壓BUDS是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應管正常工作所能接受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在場(chǎng)效應管上的工作電壓必需小于BUDS。
(6)最大耗散功率
最大耗散功率PDSM也是一項極限參數，是指場(chǎng)效應管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率。運用時(shí)場(chǎng)效應管實(shí)踐功耗應小于PDSM并留有一定余量。
(7)最大漏源電流
最大漏源電流IDSM是另一項極限參數，是指場(chǎng)效應管正常工作時(shí)，漏源間所允許經(jīng)過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應管的工作電流不應超越IDSM。場(chǎng)效應管的主要作用是放大、恒流、阻抗變換、可變電阻和電子開(kāi)關(guān)等。
(1)放大
場(chǎng)效應管具有放大作用。如圖4-29所示為場(chǎng)效應管放大器，輸入信號Ui經(jīng)C1耦合至場(chǎng)效應管VT的柵極，與原來(lái)的柵極負偏壓相疊加，使其漏極電流ID相應變化，并在負載電阻RD上產(chǎn)生壓降，經(jīng)C2隔離直流后輸出，在輸出端即得到放大了的信號電壓Uo。ID與Ui同相，Uo與ui反相。由于場(chǎng)效府管放大器的輸入阻抗很高，因而耦合電容能夠容最較小，不用運用電解電容器。
(2)恒流
場(chǎng)效應管能夠便當地構成恒流源，電路如圖4-30所示。恒流原理是假如經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應管的漏極電流ID因故增大，源極電阻Rs上構成的負柵壓也隨之增大，迫使ID回落，反之亦然，使ID堅持恒定。恒定電流 
式中Up為場(chǎng)效應管夾斷電壓。
(3)阻抗變換
場(chǎng)效應管很高的輸入阻抗十分合適作阻抗變換。如圖4-31所示為場(chǎng)效應管源極輸出器，電路構造與晶體三極管射極跟隨器相似，但由于場(chǎng)效應管是電壓控制型器件，輸入阻抗極高，因而場(chǎng)效應管源極輸出用具有更高的輸入阻抗Zi和較低的輸出阻抗Zo，常用于多級放大器的高阻抗輸入級作阻抗變換。
(4)可變電阻
場(chǎng)效應管能夠用作可變電阻。如圖4-32所示為自動(dòng)電平控制電路，當輸人信號Ui增大招致Uo增大時(shí)，由Uo經(jīng)二極管VD負向整流后構成的柵極偏壓-UG的絕對值也增大，使場(chǎng)效應管VT的等效電阻增大，R1與其的分壓比減小，使進(jìn)入放大器的信號電壓減小，最終使Uo堅持根本不變。
(5)電子開(kāi)關(guān)
場(chǎng)效應管能夠用作電子開(kāi)關(guān)。如圖4-33所示為直流信號調制電路，場(chǎng)效應管VT1、VT2下作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其柵極分別接人頻率相同、相位相反的方波電壓。當VTi導通VT2截止時(shí)，Ui向C充電；當VT1截VT2導通時(shí)，C放電；其輸出Uo便是與輸入直流電壓Ui相關(guān)的交變電壓。
常用場(chǎng)效應管主要有結型場(chǎng)效應管、耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管、加強型絕緣柵場(chǎng)效應管、雙柵場(chǎng)效應管、功率場(chǎng)效應管等。
(1)結型場(chǎng)效應管
結型場(chǎng)效應管因其具有兩個(gè)PN結而得名。結型場(chǎng)效應管正常工作時(shí)，柵極應加負偏壓（相對漏極而言）。關(guān)于N溝道結型場(chǎng)效應管，漏極加正電壓，柵極加負電壓。關(guān)于P溝道結型場(chǎng)效應管，漏極加負電壓，柵極加正電壓。
結型場(chǎng)效應管的性能特性是當柵極電壓UGS=0時(shí)管子導通，漏極電流ID到達最大值。柵極電壓的絕對值越大ID越小，直至管子截止。如圖4-34所示為結型場(chǎng)效應管的轉移特性曲線(xiàn)（UGS-ID曲線(xiàn)）。
結型場(chǎng)效應管具有很高的輸入阻抗，為107～lO9Q。常用結型場(chǎng)效應管有3DJ系列，以及進(jìn)口的2SJ系列和2SK系列等。
(2)耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管
絕緣柵場(chǎng)效應管因柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層而得名，分為耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管和加強型絕緣柵場(chǎng)效應管兩類(lèi)。絕緣柵場(chǎng)效應管具有極高的輸入阻抗，為109～1015Ω。
耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管的性能特性是當柵極電壓UGS=O時(shí)管子有一定的漏極電流ID。關(guān)于N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管，漏極加正電壓，柵極電壓從“0”逐步上升時(shí)漏極電流ID逐步增大，柵極電壓從“o”逐步降落時(shí)漏極電流ID逐步減小直至截止。列于P溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管，漏極加負電壓，柵極電壓從“0”逐步降落時(shí)漏極電流In逐步增大，柵極電壓從“o”逐步上升時(shí)漏極電流ID逐步減小直至截止。
如圖4-35所示為耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管的轉移特性曲線(xiàn)（UGS - ID曲線(xiàn)）。常用耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管有3D01、3D02、3D04等。
(3)加強型絕緣柵場(chǎng)效應管
加強型絕緣柵場(chǎng)效應管正常工作時(shí)，柵極應加正偏壓（即與漏極電壓相同）。關(guān)于N溝道加強型絕緣柵場(chǎng)效應管，漏極和柵極均加正電壓。關(guān)于P溝道加強型絕緣柵場(chǎng)效應管，漏極和柵極均加負電壓。
加強型絕緣柵場(chǎng)效應管的性能特性是當柵極電壓UGS=0時(shí)管子截止。柵極電壓的絕對值到達開(kāi)啟電壓UT時(shí)開(kāi)端有漏極電流ID，柵極電壓的絕對值越大漏極電流ID越大。
如圖4-36所示為加強型絕緣柵場(chǎng)效應管的轉移特性曲線(xiàn)（UGS-ID曲線(xiàn)）。常用的加強型絕緣柵場(chǎng)效應管有3CO1、3C02、3CO3、3CO6、3DO3, 3DO6等。
(4)雙柵場(chǎng)效應管
雙柵場(chǎng)效應管的特性是具有兩個(gè)相互獨立的柵極G1和G2，從構造上看相當于兩個(gè)單柵場(chǎng)效應管的串聯(lián)體，如圖4-37所示。
雙柵場(chǎng)效應管的輸出電流遭到兩個(gè)柵極電壓的控制。雙柵場(chǎng)效應管的這種特性使得其用作高頻放大器、增益控制放大器、混頻器和解凋器時(shí)帶來(lái)很大便當。
雙柵場(chǎng)效應管也有結型和絕緣柵型、N溝道和P溝道之分。常用結型雙柵場(chǎng)效應管有4DJ系列，常用絕緣柵型雙柵場(chǎng)效應管有4DO系列等。
(5)功率場(chǎng)效應管
功率場(chǎng)效應管也稱(chēng)為VMOS場(chǎng)效應管，因其金屬柵極采用V形槽構造而得名，它也屬于絕緣柵場(chǎng)效應管。
功率場(chǎng)效應管是一種性能優(yōu)秀的電壓控制型功率開(kāi)關(guān)器件，具有輸入阻抗高、驅動(dòng)電流小、電壓增益高、耐1i；高、工作電流大、輸出功率大、開(kāi)關(guān)速度快、導通電阻小、熱穩定性好、過(guò)載才能強等特性，在功率放大器、開(kāi)關(guān)電源、逆變器、電動(dòng)機控制和調速等場(chǎng)所應用普遍。
常用功率場(chǎng)效應管有M'系列、VN系列、IRF系列等。
場(chǎng)效應管能夠用萬(wàn)用表電阻撓停止引腳辨認和檢測。
(1)引腳辨認與檢測
結型場(chǎng)效應管的引腳辨認辦法如圖4-38所示，將萬(wàn)用表置于“RXlk”擋，用兩表筆分別丈量每?jì)蓚€(gè)引腳間的正、反向電阻。當某兩個(gè)引腳間的正、反向電阻相等，均為數千歐時(shí)，則這兩個(gè)引腳為漏極D和源極s（可互換），余下的一個(gè)引足跡為柵極G。
(2)辨別N溝道場(chǎng)效應管和P溝道場(chǎng)效應管
如圖4-39所示，將萬(wàn)用表置于“R*1K擋，黑表筆接柵極G，紅表筆分別接另外兩引腳，假如測得兩個(gè)電阻值均很大，則為N溝道場(chǎng)效應管。假如測得兩個(gè)電阻值均很小，則為P溝道場(chǎng)效應管。假如丈量結果不契合以上兩步，則闡明該場(chǎng)效應管已壞或性能不良。
(3)估測結型場(chǎng)效應管放大才能
將萬(wàn)用表置于“RX100”擋，兩表筆分別接漏極D和源極S，然后用手捏住柵極G（注入人體感應電壓），表針應向左或向右擺動(dòng)，如圖4-40所示。表針擺動(dòng)幅度越大闡明場(chǎng)效應管的放大才能越大。假如表針不動(dòng)，闡明該管已壞。
(4)估測絕緣柵場(chǎng)效應管放大才能
估測絕緣柵場(chǎng)效應管（MOS管）放大才能時(shí)，由于其輸入阻抗很高，為避免人體感應電壓惹起柵極擊穿，不要用手直接接觸柵極G，而應手拿螺釘旋具的絕緣柄，用螺釘旋具的金屬桿去接觸柵極G，如圖4-41所示。判別辦法與丈量結型場(chǎng)效應管相同。
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