1、元器件识别与测量,场效应管的识别与测量张瑞锋,一、场效应管的基础知识,1、什么是场效应管？ 场效应管简称FET，是一种带有PN结的新型半导体器件，与晶体三极管的控制原理不同，是通过电压来控制输出电流的，是电压控制器件，是单极型三极管。 场效应管一般由三个电极组成， 其中G极为栅极（也称控制极），D极为漏极（也称供电极），S极为源极（也称输出极），它们的功能分别对应于双极型晶体管的基极B，电极C和发射极E集，由于场效应管的源极S和漏极D是对称的实际使用中可以互换。 2、 场效应管与三极管主要区别： 场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。,3,3、 场效
2、应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件，从制做工艺的结法上分为两大类型： 第一类：结型场效应管（JFET） 第二类：绝缘栅型场效应管（IGFET） 又称：金属一氧化物一半导体型（MOSFET）; 简称 MOS型场效应管。其中MOS场效管具有制造工艺简单，占用芯片面积小，器件的特性便于控制等特点。因此MOS管是当前制造超大规模集成电路的主要有源器件，并且已开发出许多有发展前景的新电路技术。,2、场效应管的作用1）、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。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
3、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。,5,4、MOS场效应管的分类,MOS管又分为 增强型（EMOS）两种 耗尽型（DMOS） 每一种又有 N沟道型 P沟道型 所以一共有四种： N沟道增强型（NEMOS） P沟道增强型（PEMOS） N沟道耗尽型（NDMOS） P沟道耗尽型（PDMOS）,5、场效应管特点: 具有输入电阻高（1000000001000000000）、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。6、场效应管的作用：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
4、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。,7,7、场效应管外形的识别,塑料封装场效应管,8,金属封装场效应管,（1）、增强型 MOS 场效应管,N 沟道 EMOSFET 结构示意图,8、场效管的结构及符号,S(Source),D(Drain),G(Gate),N 沟道 EMOS 管,P 沟道 EMOS 管,N 沟道 EMOS 管与 P 沟道 EMOS 管工作原理相似。,即 VDS 0 、VGS 0,外加电压极性相反、电流 ID 流向相反。,
5、不同之处：,电路符号中的箭头方向相反。,12,场效应管的符号,在有些大功率MOSFET管中的G-S极间或D-S极间增加了保护二极管，以保护管子不致于被静电击穿，这种管子的电路图符号如图所示。,MOS 管仅依靠一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。,三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。,利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压 VGS 的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流 ID 。,9、MOSFET 工作原理：,NEMOS 管输出特性曲线,非饱和区,特点：,ID 同时受 VGS 与 VDS 的控制。,当 VGS为常数时，VDSID 近似线性，表现为一种电阻
6、特性；,当 VDS为常数时，VGS ID ，表现出一种压控电阻的特性。,沟道预夹断前对应的工作区。,因此，非饱和区又称为可变电阻区。,注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。,10、场效应管的特性 曲线,饱和区,特点：,ID 只受 VGS 控制，而与 VDS 近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。,沟道预夹断后对应的工作区。,考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随 VDS 的增加略有上翘。,注意：饱和区(又称有源区)对应三极管的放大区。,截止区,特点：,相当于 MOS 管三个电极断开。,沟道未形成时的工作区,条件：,VGS 0，VGS 正、负、零均可。,外部工作条件：,DMOS 管在饱和区与非
7、饱和区的 ID 表达式与 EMOS管 相同。,PDMOS 与 NDMOS 的差别仅在于电压极性与电流方向相反。,12、四种 MOS 场效应管比较,电路符号及电流流向,转移特性,24,N,基底 ：N型半导体,两边是P区,G(栅极),S源极,D漏极,1、结构,结型场效应管:,导电沟道,（二）、结型场效应管的原理,3.2 结型场效应管 结型场效应管(Junction Field Effect Transistor)简称JFET，有N沟道JFET和P沟道JFET之分。结构图：,源极和漏极是可以互换的。,26,N沟道结型场效应管,27,P沟道结型场效应管,N沟道 JFET 管外部工作条件,VDS 0 (
8、保证栅漏 PN 结反偏),VGS UGS（off）,uGDUGS（off）,利用半导体内的电场效应，通过栅源电压 VGS的变化，改变阻挡层的宽窄，从而改变导电沟道的宽窄，控制漏极电流 ID。,JFET 工作原理：,综上所述，JFET 与 MOSFET 工作原理相似，它们都是利用电场效应控制电流，不同之处仅在于导电沟道形成的原理不同。,NJFET 输出特性,非饱和区(可变电阻区),特点：,ID 同时受 VGS 与 VDS 的控制。,3、结型场效应管特性曲线伏安特性曲线,线性电阻：,饱和区(放大区),特点：,ID 只受 VGS 控制，而与 VDS 近似无关。,数学模型：,在饱和区，JFET 的 I
9、D 与 VGS 之间也满足平方律关系，但由于 JFET 与 MOS 管结构不同，故方程不同。,截止区,特点：,沟道全夹断的工作区,条件：,VGS 0，ID 流入管子漏极。,P 沟道 FET：VDS 0，ID 自管子漏极流出。,JFET 管： VGS 与 VDS 极性相反。,2、场效应管与晶体管的比较 （1）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。（2）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。
10、（3）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。 （4）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。,、 场效应管与三极管比较,场效应管使用注意事项：（1）场效应管在使用中要注意电压极性，工作电压和电流的数值不能超过最大允许值。（2）为了防止栅极击穿，要求一切测试仪电烙铁都必须有外接地线，焊接时用小功率烙铁迅速焊接，或切断电流后利用余热焊接，焊接时应先焊源极，或焊接栅极。（3）绝缘栅极效应管的电压阻抗极高，故不能在开路状态下保存，即使不使用也应将三个极短路，
11、以防止将栅极击穿，结型场效应管则可在开路状态下保存。（4）MOS管不能用万用表检查，必须用专门仪器测试。,40,四、场效应管的主要参数, 开启电压VGS(th) (或VT) 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能导通。 夹断电压VGS(off) (或VP) 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off) 时,漏极电流为零。 饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管, 当VGS=0时所对应的漏极电流,41, 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值， 结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107，绝缘栅型场效应三极管, RGS约是10910
12、15。 低频跨导gm 低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。(相当于普通晶体管的hEF )，单位是mS(毫西门子)。 最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。,42, 极限漏极电流ID是漏极能够输出的最大电流，相当于普通三极管的ICM ， 其值与温度有关，通常手册上标注的是温度为25时的值。一般指的是连续工作电流，若为瞬时工作电流，则标注为IDM ，这个值通常大于ID 。 最大漏源电压UDSS 是场效应管漏源极之间可以承受的最大电压(相当于普通晶体管的最大反向工作电压UCEO )，有时也用UDS表示。,43,五、场效应管引脚的识别与测量
13、,场效应管也有三个引脚，分别是栅极(又称控制极)、源极、漏极3个端子。场效应管可看作一只普通晶体三极管，栅极G对应基极b，漏极D对应集电极C，源极S对应发射极E。N沟道对应NPN型晶体管，P沟道对应PNP晶体管。,1、外观引脚识别贴片式MOS管的引脚排列图,45,2、普通场效应管外观识别,GDS,S,S,D,G,散热片,散热片,将场效应管有字的一面朝上，管脚朝向我们自己，从左到右依次为：G、D、S（有少数相反为S、D、G）。,3、场效应管的测量(1)、coms场效应管的极性判断，好坏判断：,1）、电极的判断测量 图示使用数字万用表的二极管测量档。栅极G与另外两个电极的正反向测量均为无穷大。,2
14、）、漏极、源极与好坏的判断。 把数字万用表打到二极管档，用两表笔任意触碰场效应管的三只引脚，好的场效应管最终测量结果只有一次有读数，并且在300-800左右，如果在最终测量结果中测的只有一次有读数，并且为0时须万用表短接场效应管引脚，然后在测量一次，若又测得一组为300-800左右（漏极与源极间）读数时此管也为好管。不符合以上规律的场效应管均为坏管）、沟道的判断导通时黑笔接漏极、红笔接源极的为N沟道场效应管；红笔接漏极、黑笔接源极的为P沟道场效应管示意图见上图,(2)、结型场效应管的检测 1）电极的判别 根据PN结的正、反向电阻值不同的现象可以很方便地判别出结型场效应管的G、D、S极。方法一：
15、将万用表置于“R1k”挡，任选两电极，分别测出它们之间的正、反向电阻。若正、反向的电阻相等（约几千欧），则该两极为漏极D和源极S（结型场效应管的D 、S极可互换）余下的则为栅极G。方法二：用万用表的黑笔任接一个电极，另一表笔依次接触其余两个电极，测其阻值。若两次测得的阻值近似相等，则该黑笔接的为栅极G，余下的两个为D极和S 极。,2）放大倍数的测量 将万用表置于“R1k”挡或“R100”挡，两只表笔分别接触D极和S极，用手靠近或接触G极，此时表针右摆，且摆动幅度越大，放大倍数越大。对MOS管来说，为防止栅极击穿，一般测量前先在其GS极间接一只几兆欧的大电阻，然后按上述方法测量。3）、判别JEE
16、T的好坏 检查两个PN结的单向导电性，PN结正常，管子是好的，否则为坏的。测漏、源间的电阻RDS，应约为几千欧；若RDS0或RDS，则管子已损坏。测RDS时，用手靠近栅极G，表针应有明显摆动，摆幅越大，管子的性能越好。,六、场效应管型号命名方法有两种命名方法：与三极管相同第一位“3”表示电极数第二位字母代表材料“D”是P型硅N沟道“C”是N型硅P沟道第三位字母“J”代表结型场效应管，“O”代表绝缘栅场效应管第四位用数字表示同一类型产品的序号第五位用字母表示规格号例如：3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。命名方法为CSXX#。CS代表场效应管XX以数字代表
17、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,常用场效应管的型号与主要参数,1、P沟道结型场效应管中的载流子是_ 。 (a) 自由电子 (b) 空穴 (c) 电子和空穴 (d) 离子 2、场效应管是一种_控制型电子器件。(a)电压 (b) 光 (c) 电流 (d) 磁 3、对于N沟道耗尽型场效应管，其栅极和源极之间的静态电压_。(a)必须正偏 (b) 必须反偏 (c) 必须零偏 (d) 可以正偏、反偏或零偏 4、某场效应管的IDSS=5mA，IDQ=7mA，iD的方向是从漏极流出，则该管为_。(a)增强型PMOS (b) 增强型NMOS (c) 耗尽型PMOS (d) 耗尽型,七、练习题,5、与双极型晶体管比较，场效应管的输入电阻_，放大能力_。(a)大 (b) 小 (c) 强 (d) 弱 6、反映N沟道增强型场效应管放大能力的一个重要参数是_。(a)输入电阻 (b) 输出电阻 (c) 跨导 (d) 开启电压 7、工作在恒流状态下的场效应管，下列关于跨导gm正确的说法是_。(a) gm与静态漏极电流IDQ (b) gm与栅源电压VGS的平方成正比(c) gm与漏源电压VDS成正比(d) gm与静态漏极电流IDQ的开方成正比,55,56,
