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场效应管发热严重的原因

场效应管

场(chang)效(xiao)应晶体(ti)(ti)管(guan)（Field Effect Transistor缩写(FET)）简(jian)称(cheng)场(chang)效(xiao)应管(guan)。主要有两种类型（junction FET—JFET)和金属(shu) - 氧(yang)化物(wu)半导(dao)体(ti)(ti)场(chang)效(xiao)应管(guan)（metal-oxide semiconductor FET，简(jian)称(cheng)MOS-FET）。由多数(shu)载流(liu)子参与(yu)导(dao)电，也称(cheng)为单(dan)极型晶体(ti)(ti)管(guan)。它属(shu)于(yu)电压控制型半导(dao)体(ti)(ti)器件。具有输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗(hao)低、动态范围大、易于(yu)集(ji)成、没(mei)有二次击穿(chuan)现(xian)象、安全(quan)工作区域宽等优点，现(xian)已成为双极型晶体(ti)(ti)管(guan)和功率晶体(ti)(ti)管(guan)的强大竞争(zheng)者。

场效(xiao)应管（FET）是利用(yong)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)输入回(hui)路的电场效(xiao)应来控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)输出回(hui)路电流(liu)的一(yi)种半(ban)导(dao)(dao)体(ti)器件，并以此命名(ming)。由于它仅靠半(ban)导(dao)(dao)体(ti)中的多数载流(liu)子导(dao)(dao)电，又称单极型晶(jing)体(ti)管。

场效应管作用的特点及工作原理

场效(xiao)(xiao)应(ying)管是只要(yao)一种载流(liu)子参与导电，用输入(ru)电压控(kong)制输出电流(liu)的半导体器件。有N沟道器件和(he)P沟道器件。有结型场效(xiao)(xiao)应(ying)三极(ji)管JFET和(he)绝缘栅型场效(xiao)(xiao)应(ying)三极(ji)管IGFET之(zhi)分(fen)。IGFET也称金(jin)属-氧化物-半导体三极(ji)管MOSFET。

MOS场效应管有加强型(xing)(xing)（EnhancementMOS或EMOS）和(he)耗尽型(xing)(xing)（MOS或DMOS）两(liang)大(da)类(lei)，每一(yi)类(lei)有N沟道和(he)P沟道两(liang)种导(dao)电(dian)类(lei)型(xing)(xing)。场效应管有三个电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)：D（Drain）称(cheng)为(wei)漏极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，相(xiang)(xiang)当双(shuang)(shuang)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)型(xing)(xing)三极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管的集电(dian)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)；G（Gate）称(cheng)为(wei)栅极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，相(xiang)(xiang)当于(yu)双(shuang)(shuang)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)型(xing)(xing)三极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管的基极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)；S（Source）称(cheng)为(wei)源(yuan)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，相(xiang)(xiang)当于(yu)双(shuang)(shuang)极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)型(xing)(xing)三极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)管的发(fa)射极(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)。

加强(qiang)型(xing)MOS（EMOS）场(chang)效应管(guan)道加强(qiang)型(xing)MOSFET根本上(shang)是一(yi)种左右对称的拓扑构造，它是在(zai)P型(xing)半导体(ti)上(shang)生(sheng)成(cheng)一(yi)层(ceng)SiO2薄膜绝(jue)缘层(ceng)，然后用(yong)光刻工(gong)艺扩散两个高掺杂(za)的N型(xing)区，从N型(xing)区引(yin)出电极，一(yi)个是漏极D，一(yi)个是源极S。在(zai)源极和漏极之间(jian)的绝(jue)缘层(ceng)上(shang)镀一(yi)层(ceng)金属铝作为栅极G。P型(xing)半导体(ti)称为衬底（substrat），用(yong)符号B表示。

工作原理

1．沟道构成原(yuan)理(li)当Vgs=0V时，漏源之(zhi)间相当两个背(bei)靠背(bei)的二极管，在D、S之(zhi)间加上电(dian)压(ya)，不(bu)会在D、S间构成电(dian)流。

当栅极加有电(dian)压(ya)时，若0＜Vgs＜Vgs（th）时（VGS（th）称为开启电(dian)压(ya)），经(jing)过(guo)栅极和衬底间的(de)(de)电(dian)容作用，将(jiang)靠(kao)近栅极下(xia)方的(de)(de)P型半导体中(zhong)的(de)(de)空穴向下(xia)方排(pai)挤，呈现(xian)了一薄层(ceng)负离子(zi)的(de)(de)耗尽层(ceng)。耗尽层(ceng)中(zhong)的(de)(de)少子(zi)将(jiang)向表层(ceng)运(yun)动，但(dan)数量有限，缺(que)乏(fa)以构成沟道，所以依(yi)然缺(que)乏(fa)以构成漏极电(dian)流(liu)ID。

进一步增加(jia)Vgs，当Vgs＞Vgs（th）时，由于此(ci)时的(de)(de)栅极(ji)(ji)电(dian)(dian)压曾经比拟(ni)强，在靠近栅极(ji)(ji)下(xia)方的(de)(de)P型半导(dao)体(ti)表层中汇集较多的(de)(de)电(dian)(dian)子(zi)(zi)，能(neng)够构成(cheng)(cheng)沟(gou)道，将(jiang)漏极(ji)(ji)和源极(ji)(ji)沟(gou)通。假如此(ci)时加(jia)有(you)漏源电(dian)(dian)压，就能(neng)够构成(cheng)(cheng)漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)流(liu)ID。在栅极(ji)(ji)下(xia)方构成(cheng)(cheng)的(de)(de)导(dao)电(dian)(dian)沟(gou)道中的(de)(de)电(dian)(dian)子(zi)(zi)，因与(yu)P型半导(dao)体(ti)的(de)(de)载流(liu)子(zi)(zi)空穴极(ji)(ji)性相反，故称为反型层（inversionlayer）。随着(zhe)Vgs的(de)(de)继续(xu)增加(jia)，ID将(jiang)不时增加(jia)。

在Vgs=0V时(shi)ID=0，只要当(dang)Vgs＞Vgs（th）后才会呈现漏极电流，这(zhei)种MOS管称为加强型(xing)MOS管。

VGS对漏极电(dian)流的(de)控制关系(xi)可用iD=f（vGS）|VDS=const这一(yi)曲线描绘，称为(wei)转移特性曲线。转移特性曲(qu)线(xian)斜率gm的大(da)小反映了栅(zha)源电压对漏(lou)极电流的控制(zhi)造用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。

跨(kua)导的定义式如下(xia)：

gm=△ID/△VGS|（单位(wei)mS）

场效应管发热严重的原因详解

1、电路设计(ji)的(de)(de)问题，就是(shi)让MOS管工作在(zai)线性的(de)(de)工作状态，而不是(shi)在(zai)开关状态。这也是(shi)导(dao)致MOS管发(fa)(fa)热的(de)(de)一个原因。如果(guo)N-MOS做(zuo)开关，G级(ji)电压要比电源高几(ji)V，才(cai)能完全导(dao)通，P-MOS则相反。没(mei)有(you)完全打开而压降过(guo)大造成功率消耗(hao)(hao)，等效直流(liu)阻抗比较大，压降增大，所以U*I也增大，损耗(hao)(hao)就意(yi)味着发(fa)(fa)热。这是(shi)设计(ji)电路的(de)(de)最(zui)忌讳的(de)(de)错误；

2、频率太高，主要(yao)是有(you)时过(guo)分追求体积，导致频率提高，MOS管(guan)上的损(sun)耗(hao)增大了，所以发热(re)也加(jia)大了；

3、没有(you)做好足够的(de)散(san)热(re)设计，电流(liu)太高，MOS管标称的(de)电流(liu)值，一(yi)般需(xu)要良好的(de)散(san)热(re)才能(neng)达到。所以(yi)ID小(xiao)于最大电流(liu)，也可(ke)能(neng)发(fa)热(re)严重，需(xu)要足够的(de)辅助(zhu)散(san)热(re)片；

4、MOS管(guan)的选(xuan)型有误，对功率判断(duan)有误，MOS管(guan)内阻没有充分考(kao)虑，导致(zhi)开(kai)关阻抗增大。

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