什么是場(chǎng)效應管

場(chǎng)效應晶體管（Field Effect Transistor縮寫(xiě)(FET)）簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數載流子和反極性的少數載流子參與導電,因此稱(chēng)為雙極型晶體管,而FET僅是由多數載流子參與導電,它與雙極型相反,也稱(chēng)為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優(yōu)點(diǎn)，現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。

一、場(chǎng)效應管的分類(lèi)

場(chǎng)效應管分結型、絕緣柵型兩大類(lèi)。結型場(chǎng)效應管（JFET）因有兩個(gè)PN結而得名，絕緣柵型場(chǎng)效應管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場(chǎng)效應管中，應用最為廣泛的是MOS場(chǎng)效應管，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管（即金屬-氧化物-半導體場(chǎng)效應管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場(chǎng)效應管，以及最近剛問(wèn)世的πMOS場(chǎng)效應管、VMOS功率模塊等。

按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來(lái)劃分，場(chǎng)效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場(chǎng)效應管均為耗盡型，絕緣柵型場(chǎng)效應管既有耗盡型的，也有增強型的。

場(chǎng)效應晶體管可分為結場(chǎng)效應晶體管和MOS場(chǎng)效應晶體管。而MOS場(chǎng)效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類(lèi)。見(jiàn)下圖。

二、場(chǎng)效應三極管的型號命名方法

現行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場(chǎng)效應管，O代表絕緣柵場(chǎng)效應管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結型N溝道場(chǎng)效應三極管，3DO6C 是絕緣柵型N溝道場(chǎng)效應三極管。

第二種命名方法是CS××#，CS代表場(chǎng)效應管，××以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。

三、場(chǎng)效應管的參數

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，但一般使用時(shí)關(guān)注以下主要參數：

1、I DSS — 飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應管中，柵極電壓U GS=0時(shí)的漏源電流。

2、UP — 夾斷電壓。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。

3、UT — 開(kāi)啟電壓。是指增強型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導通時(shí)的柵極電壓。

4、gM — 跨導。是表示柵源電壓U GS — 對漏極電流I D的控制能力，即漏極電流I D變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM 是衡量場(chǎng)效應管放大能力的重要參數。

5、BUDS — 漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在場(chǎng)效應管上的工作電壓必須小于BUDS。

6、PDSM — 最大耗散功率。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。使用時(shí)，場(chǎng)效應管實(shí)際功耗應小于PDSM并留有一定余量。

7、IDSM — 最大漏源電流。是一項極限參數，是指場(chǎng)效應管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應管的工作電流不應超過(guò)IDSM

四、場(chǎng)效應管的作用

1、場(chǎng)效應管可應用于放大。由于場(chǎng)效應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)效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3、場(chǎng)效應管可以用作可變電阻。

4、場(chǎng)效應管可以方便地用作恒流源。

5、場(chǎng)效應管可以用作電子開(kāi)關(guān)。

五、場(chǎng)效應管的測試

1、結型場(chǎng)效應管的管腳識別

場(chǎng)效應管的柵極相當于晶體管的基極，源極和漏極分別對應于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬(wàn)用表置于R×1k檔，用兩表筆分別測量每?jì)蓚€(gè)管腳間的正、反向電阻。當某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等，均為數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。對于有4個(gè)管腳的結型場(chǎng)效應管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。

2、判定柵極

用萬(wàn)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。若兩次測出的阻值都很小，說(shuō)明均是正向電阻，該管屬于N溝道場(chǎng)效應管，黑表筆接的也是柵極。

制造工藝決定了場(chǎng)效應管的源極和漏極是對稱(chēng)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)效應管的柵極。因為這種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測量時(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。

3、估測場(chǎng)效應管的放大能力

將萬(wàn)用表?yè)艿絉×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，相當于給場(chǎng)效應管加上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，將人體的感應電壓作為輸入信號加到柵極上。由于管子的放大作用，UDS和ID都將發(fā)生變化，也相當于D-S極間電阻發(fā)生變化，可觀(guān)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(shuō)明管子的放大能力較弱；若表針不動(dòng)，說(shuō)明管子已經(jīng)損壞。

由于人體感應的50Hz交流電壓較高，而不同的場(chǎng)效應管用電阻檔測量時(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)。少數的管子RDS減小，使表針向右擺動(dòng)，多數管子的RDS增大，表針向左擺動(dòng)。無(wú)論表針的擺動(dòng)方向如何，只要能有明顯地擺動(dòng)，就說(shuō)明管子具有放大能力。

本方法也適用于測MOS管。為了保護MOS場(chǎng)效應管，必須用手握住螺釘旋具絕緣柄，用金屬桿去碰柵極，以防止人體感應電荷直接加到柵極上，將管子損壞。

MOS管每次測量完畢，G-S結電容上會(huì )充有少量電荷，建立起電壓UGS，再接著(zhù)測時(shí)表針可能不動(dòng)，此時(shí)將G-S極間短路一下即可。

六、常用場(chǎng)效用管
1、MOS場(chǎng)效應管

即金屬-氧化物-半導體型場(chǎng)效應管，英文縮寫(xiě)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1015Ω）。它也分N溝道管和P溝道管，符號如圖1所示。通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。根據導電方式的不同，MOSFET又分增強型、耗盡型。所謂增強型是指：當VGS=0時(shí)管子是呈截止狀態(tài)，加上正確的VGS后，多數載流子被吸引到柵極，從而“增強”了該區域的載流子，形成導電溝道。耗盡型則是指，當VGS=0時(shí)即形成溝道，加上正確的VGS時(shí)，能使多數載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉向截止。

以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個(gè)高摻雜濃度的源擴散區N+和漏擴散區N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內部連通，二者總保持等電位。圖1（a）符號中的前頭方向是從外向里，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當漏接電源正極，源極接電源負極并使VGS=0時(shí)，溝道電流（即漏極電流）ID=0。隨著(zhù)VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個(gè)擴散區之間就感應出帶負電的少數載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當VGS大于管子的開(kāi)啟電壓VTN（一般約為+2V）時(shí)，N溝道管開(kāi)始導通，形成漏極電流ID。

MOS場(chǎng)效應管比較“嬌氣”。這是由于它的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，極易受外界電磁場(chǎng)或靜電的感應而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形成相當高的電壓（U=Q/C），將管子損壞。因此了廠(chǎng)時(shí)各管腳都絞合在一起，或裝在金屬箔內，使G極與S極呈等電位，防止積累靜電荷。管子不用時(shí)，全部引線(xiàn)也應短接。在測量時(shí)應格外小心，并采取相應的防靜電感措施。

場(chǎng)效應管的PN結正、反向電阻值不同

從這個(gè)現象可以判別出結型場(chǎng)效應管的三個(gè)電極。具體方法：將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1k檔上，任選兩個(gè)電極，分別測出其正、反向電阻值。當某兩個(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。因為對結型場(chǎng)效應管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬(wàn)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，測其電阻值。

當出現兩次測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。若兩次測出的電阻值均很大，說(shuō)明是PN結的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場(chǎng)效應管，且黑表筆接的是柵極。若兩次測出的電阻值均很小，說(shuō)明是正向PN結，即是正向電阻，判定為P溝道場(chǎng)效應管，黑表筆接的也是柵極。若不出現上述情況，可以調換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測試，直到判別出柵極為止。

用測電阻法判別場(chǎng)效應管的好壞

測電阻法是用萬(wàn)用表測量場(chǎng)效應管的源極與漏極、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)效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。

具體方法：首先將萬(wàn)用表置于R×10或R×100檔，測量源極S與漏極D之間的電阻，通常在幾十歐到幾千歐范圍（在手冊中可知，各種不同型號的管，其電阻值是各不相同的），如果測得阻值大于正常值，可能是由于內部接觸不良。如果測得阻值是無(wú)窮大，可能是內部斷極。然后把萬(wàn)用表置于R×10k檔，再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值，當測得其各項電阻值均為無(wú)窮大，則說(shuō)明管是正常的；若測得上述各阻值太小或為通路，則說(shuō)明管是壞的。要注意，若兩個(gè)柵極在管內斷極，可用元件代換法進(jìn)行檢測。

用感應信號輸人法估測場(chǎng)效應管的放大能力具體方法

用萬(wàn)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。然后用手捏住結型場(chǎng)效應管的柵極G，將人體的感應電壓信號加到柵極上。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(guān)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(shuō)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(shuō)明管是壞的。

MOS場(chǎng)效應管的檢測方法

（1）．準備工作

測量之前，先把人體對地短路后，才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上接一條導線(xiàn)與大地連通，使人體與大地保持等電位。再把管腳分開(kāi)，然后拆掉導線(xiàn)。

（2）．判定電極

將萬(wàn)用表?yè)苡赗×100檔，首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻都是無(wú)窮大，證明此腳就是柵極G。交換表筆重測量，S-D之間的電阻值應為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為D極，紅表筆接的是S極。日本生產(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品，S極與管殼接通，據此很容易確定S極。

（3）．檢查放大能力（跨導）

將G極懸空，黑表筆接D極，紅表筆接S極，然后用手指觸摸G極，表針應有較大的偏轉。雙柵MOS場(chǎng)效應管有兩個(gè)柵極G1、G2。為區分之，可用手分別觸摸G1、G2極，其中表針向左側偏轉幅度較大的為G2極。

目前有的MOSFET管在G-S極間增加了保護二極管，平時(shí)就不需要把各管腳短路了。

MOS場(chǎng)效應晶體管使用注意事項

MOS場(chǎng)效應晶體管在使用時(shí)應注意分類(lèi)，不能隨意互換。MOS場(chǎng)效應晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時(shí)應注意以下規則：

（1）. MOS器件出廠(chǎng)時(shí)通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也可用細銅線(xiàn)把各個(gè)引腳連接在一起，或用錫紙包裝

（2）.取出的MOS器件不能在塑料板上滑動(dòng)，應用金屬盤(pán)來(lái)盛放待用器件。

（3）. 焊接用的電烙鐵必須良好接地。

（4）. 在焊接前應把電路板的電源線(xiàn)與地線(xiàn)短接，再MOS器件焊接完成后在分開(kāi)。

（5）. MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機時(shí)順序相反。

（6）.電路板在裝機之前，要用接地的線(xiàn)夾子去碰一下機器的各接線(xiàn)端子，再把電路板接上去。

（7）. MOS場(chǎng)效應晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護二極管。在檢修電路時(shí)應注意查證原有的保護二極管是否損壞。

下面介紹檢測VMOS管的方法

1、判定柵極G將萬(wàn)用表?yè)苤罵×1k檔分別測量三個(gè)管腳之間的電阻。若發(fā)現某腳與其字兩腳的電阻均呈無(wú)窮大，并且交換表筆后仍為無(wú)窮大，則證明此腳為G極，因為它和另外兩個(gè)管腳是絕緣的。

2、判定源極S、漏極D由圖1可見(jiàn)，在源-漏之間有一個(gè)PN結，因此根據PN結正、反向電阻存在差異，可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時(shí)黑表筆的是S極，紅表筆接D極。

3、測量漏-源通態(tài)電阻RDS（on）將G-S極短路，選擇萬(wàn)用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應為幾歐至十幾歐。由于測試條件不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬(wàn)用表R×1檔實(shí)測一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。

4、檢查跨導將萬(wàn)用表置于R×1k（或R×100）檔，紅表筆接S極，黑表筆接D極，手持螺絲刀去碰觸柵極，表針應有明顯偏轉，偏轉愈大，管子的跨導愈高。注意事項：

VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數產(chǎn)品屬于N溝道管。對于P溝道管，測量時(shí)應交換表筆的位置。

有少數VMOS管在G-S之間并有保護二極管，本檢測方法中的1、2項不再適用。

目前市場(chǎng)上還有一種VMOS管功率模塊，專(zhuān)供交流電機調速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊，內部有N溝道、P溝道管各三只，構成三相橋式結構。

現在市售VNF系列（N溝道）產(chǎn)品，是美國Supertex生產(chǎn)的超高頻功率場(chǎng)效應管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號低頻跨導gm=2000μS。適用于高速開(kāi)關(guān)電路和廣播、通信設備中。

使用VMOS管時(shí)必須加合適的散熱器后。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4（mm）的散熱器后，最大功率才能達到30W。

多管并聯(lián)后，由于極間電容和分布電容相應增加，使放大器的高頻特性變壞，通過(guò)反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此，并聯(lián)復合管管子一般不超過(guò)4個(gè)，而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。

場(chǎng)效應管的使用注意事項

為了安全使用場(chǎng)效應管，在線(xiàn)路的設計中不能超過(guò)管的耗散功率，最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數的極限值。

各類(lèi)型場(chǎng)效應管在使用時(shí)，都要嚴格按要求的偏置接人電路中，要遵守場(chǎng)效應管偏置的極性。如結型場(chǎng)效應管柵源漏之間是PN結，N溝道管柵極不能加正偏壓；P溝道管柵極不能加負偏壓，等等。

MOS場(chǎng)效應管由于輸人阻抗極高，所以在運輸、貯藏中必須將引出腳短路，要用金屬屏蔽包裝，以防止外來(lái)感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意，不能將MOS場(chǎng)效應管放人塑料盒子內，保存時(shí)最好放在金屬盒內，同時(shí)也要注意管的防潮。

為了防止場(chǎng)效應管柵極感應擊穿，要求一切測試儀器、工作臺、電烙鐵、線(xiàn)路本身都必須有良好的接地；管腳在焊接時(shí)，先焊源極；在連入電路之前，管的全部引線(xiàn)端保持互相短接狀態(tài)，焊接完后才把短接材料去掉；從元器件架上取下管時(shí)，應以適當的方式確保人體接地如采用接地環(huán)等；當然，如果能采用先進(jìn)的氣熱型電烙鐵，焊接場(chǎng)效應管是比較方便的，并且確保安全；在未關(guān)斷電源時(shí)，絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場(chǎng)效應管時(shí)必須注意。

在安裝場(chǎng)效應管時(shí)，注意安裝的位置要盡量避免靠近發(fā)熱元件；為了防管件振動(dòng)，有必要將管殼體緊固起來(lái)；管腳引線(xiàn)在彎曲時(shí)，應當大于根部尺寸5毫米處進(jìn)行，以防止彎斷管腳和引起漏氣等。對于功率型場(chǎng)效應管，要有良好的散熱條件。因為功率型場(chǎng)效應管在高負荷條件下運用，必須設計足夠的散熱器，確保殼體溫度不超過(guò)額定值，使器件長(cháng)期穩定可靠地工作。

本篇文章主要介紹了場(chǎng)效應管和VMOS管的監測方法，并對步驟進(jìn)行了詳細的講解。雖然場(chǎng)效應管體積不大，但其檢修的過(guò)程卻能整理出如此多的知識點(diǎn)，可見(jiàn)在電源學(xué)習的過(guò)程中沒(méi)有不值得積累的知識點(diǎn)。在文章的最后，還給出了場(chǎng)效應管的使用注意事項，相信在閱讀過(guò)后能很大程度上幫助設計者們減少對場(chǎng)效應管的損壞。

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