場(chǎng)效應(yīng)管知識(shí) 什么叫場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

1.什么叫場(chǎng)效應(yīng)管？

Fffect Transistor的縮寫,即為場(chǎng)效應(yīng)晶體管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。FET應(yīng)用范圍很廣,但不能說現(xiàn)在普及的雙極型晶體管都可以用FET替代。然而，由于FET的特性與雙極型晶體管的特性完全不同，能構(gòu)成技術(shù)性能非常好的電路。

2. 場(chǎng)效應(yīng)管的特征：

(a) JFET的概念圖

(b) JFET的符號(hào)

圖1    JFET的概念圖、符號(hào)

圖1(b)門極的箭頭指向?yàn)閜指向 n方向，分別表示內(nèi)向?yàn)閚溝道JFET，外向?yàn)閜溝道JFET。
     圖1（a）表示n溝道JFET的特性例。以此圖為基礎(chǔ)看看JFET的電氣特性的特點(diǎn)。

   首先，門極-源極間電壓以0V時(shí)考慮（VGS =0）。在此狀態(tài)下漏極-源極間電壓VDS 從0V增加，漏電流ID幾乎與VDS 成比例增加，將此區(qū)域稱為非飽和區(qū)。VDS 達(dá)到某值以上漏電流ID 的變化變小，幾乎達(dá)到一定值。此時(shí)的ID 稱為飽和漏電流（有時(shí)也稱漏電流用IDSS 表示。與此IDSS 對(duì)應(yīng)的VDS 稱為夾斷電壓VP ，此區(qū)域稱為飽和區(qū)。
   其次在漏極-源極間加一定的電壓VDS (例如0.8V)，VGS 值從0開始向負(fù)方向增加，ID 的值從IDSS 開始慢慢地減少，對(duì)某VGS 值ID =0。將此時(shí)的VGS 稱為門極-源極間遮斷電壓或者截止電壓，用VGS (off)示。n溝道JFET的情況則VGS (off) 值帶有負(fù)的符號(hào),測(cè)量實(shí)際的JFET對(duì)應(yīng)ID =0的VGS 因?yàn)楹芾щy,在放大器使用的小信號(hào)JFET時(shí),將達(dá)到ID =0.1-10μA 的VGS 定義為VGS (off) 的情況多些。 關(guān)于JFET為什么表示這樣的特性，用圖作以下簡單的說明。

       JFET的工作原理用一句話說，就是"漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID ，用以門極與溝道間的pn結(jié)形成的反偏的門極電壓控制ID "。更正確地說，ID 流經(jīng)通路的寬度，即溝道截面積，它是由pn結(jié)反偏的變化，產(chǎn)生耗盡層擴(kuò)展變化控制的緣故。
    在VGS =0的非飽和區(qū)域，圖10.4.1(a)表示的過渡層的擴(kuò)展因?yàn)椴缓艽螅鶕?jù)漏極-源極間所加VDS的電場(chǎng)，源極區(qū)域的某些電子被漏極拉去，即從漏極向源極有電流ID 流動(dòng)。達(dá)到飽和區(qū)域如圖10.4.2(a)所示，從門極向漏極擴(kuò)展的過度層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型，ID飽和。將這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過渡層將溝道的一部分阻擋，并不是電流被切斷。
    在過渡層由于沒有電子、空穴的自由移動(dòng)，在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性，通常電流也難流動(dòng)。但是此時(shí)漏極-源極間的電場(chǎng)，實(shí)際上是兩個(gè)過渡層接觸漏極與門極下部附近，由于漂移電場(chǎng)拉去的高速電子通過過渡層。
    如圖10.4.1(b)所示的那樣，即便再增加VDS ，因漂移電場(chǎng)的強(qiáng)度幾乎不變產(chǎn)生ID 的飽和現(xiàn)象。
    其次，如圖10.4.2(c)所示，VGS 向負(fù)的方向變化，讓VGS =VGS (off) ，此時(shí)過渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDS 的電場(chǎng)大部分加到過渡層上，將電子拉向漂移方向的電場(chǎng)，只有靠近源極的很短部分，這更使電流不能流通。

         特點(diǎn):
         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、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者.
         作用:
         場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大.由于場(chǎng)效應(yīng)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.
         場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān).
         場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換.常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換.場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻.場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源.
         2.場(chǎng)效應(yīng)管的分類:
         場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類
         按溝道材料:結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種.
         按導(dǎo)電方式:耗盡型與增強(qiáng)型,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型的,也有增強(qiáng)型的。
         場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管和MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管,而MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型;P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類.見下圖 :
         3.場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) :
         Idss — 飽和漏源電流.是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中,柵極電壓UGS=0時(shí)的漏源電流.
         Up — 夾斷電壓.是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中,使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓.
         Ut — 開啟電壓.是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中,使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓.
         gM — 跨導(dǎo).是表示柵源電壓UGS — 對(duì)漏極電流ID的控制能力,即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值.gM 是衡量場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù).
         BVDS — 漏源擊穿電壓.是指柵源電壓UGS一定時(shí),場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓.這是一項(xiàng)極限參數(shù),加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BVDS.
         PDSM — 最大耗散功率,也是一項(xiàng)極限參數(shù),是指場(chǎng)效應(yīng)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(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量.
         IDSM — 最大漏源電流.是一項(xiàng)極限參數(shù),是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí),漏源間所允許通過的最大電流.場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM
         4.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的管腳識(shí)別:
         判定柵極G:將萬用表撥至R×1k檔,用萬用表的負(fù)極任意接一電極,另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)極,測(cè)其電阻.若兩次測(cè)得的電阻值近似相等,則負(fù)表筆所接觸的為柵極,另外兩電極為漏極和源極.漏極和源極互換,若兩次測(cè)出的電阻都很大,則為N溝道;若兩次測(cè)得的阻值都很小,則為P溝道.
         判定源極S、漏極D:
         在源-漏之間有一個(gè)PN結(jié),因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異,可識(shí)別S極與D極.用交換表筆法測(cè)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.
         5.常效應(yīng)管與晶體三極管的比較
         場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件.在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下,應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低,又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管.
         場(chǎng)效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電,被稱之為雙極型器件.
         有些場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好.
         場(chǎng)效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用.

MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管使用注意事項(xiàng)

       MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在使用時(shí)應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOS場(chǎng)效應(yīng)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(yīng)注意以下規(guī)則：

       1.MOS器件出廠時(shí)通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個(gè)塑料袋裝。也可用細(xì)銅線把各個(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(yīng)用金屬盤來盛放待用器件。

       3.焊接用的電烙鐵必須良好接地。

       4.在焊接前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接，再M(fèi)OS器件焊接完成后在分開。

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

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

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

場(chǎng)效應(yīng)晶體管的好壞的判斷

先用MF10型萬用表R*100KΩ擋（內(nèi)置有15V電池），把負(fù)表筆（黑）接?xùn)艠O（G），正表筆（紅）接源極（S）。給柵、源極之間充電，此時(shí)萬用表指針有輕微偏轉(zhuǎn)。再該用萬用表R*1Ω擋，將負(fù)表筆接漏極（D），正表筆接源極（S），萬用表指示值若為幾歐姆，則說明場(chǎng)效應(yīng)管是好的。