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信息来源：本站　日期：2017-09-27　

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场效应管原理

场(chang)效(xiao)应(ying)晶体(ti)(ti)管通常简称为场(chang)效(xiao)应(ying)管，是一种应(ying)用场(chang)效(xiao)应(ying)原理工(gong)作(zuo)的半导体(ti)(ti)器(qi)件(jian)，外形如(ru)图4.21所示。和普(pu)通双极(ji)型晶体(ti)(ti)管相比拟，场(chang)效(xiao)应(ying)管具有输入阻抗高、噪(zao)声低、动态范(fan)围大、功耗小、易(yi)于集成(cheng)等特性，得(de)到了越来(lai)越普(pu)遍(bian)的应(ying)用。

场效应管原理

场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管的品种很(hen)多(duo)，主要分为结型场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管和绝缘栅(zha)场效(xiao)(xiao)应(ying)(ying)管两大(da)类，又(you)都有N沟(gou)道和P沟(gou)道之分。

绝缘栅场效(xiao)(xiao)应管也叫做金(jin)属(shu)氧化物半导体场效(xiao)(xiao)应管，简(jian)称为MOS场效(xiao)(xiao)应管，分为耗尽型MOS管和加强型MOS管。

场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)还有(you)(you)单(dan)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)管(guan)和(he)双(shuang)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)管(guan)之(zhi)分。双(shuang)栅(zha)场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)具有(you)(you)两个相互独(du)立的(de)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)G1和(he)G2，从构造上看相当于由两个单(dan)栅(zha)场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)串联(lian)而成，其输出(chu)电流的(de)变化受到两个栅(zha)极(ji)(ji)(ji)电压的(de)控制(zhi)。双(shuang)栅(zha)场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)的(de)这种特性，在(zai)作为高频放大(da)器、增益控制(zhi)放大(da)器、混频器和(he)解调器运(yun)用(yong)时会(hui)带(dai)来(lai)很大(da)便当。

怎样识别场效应管

场效应管的文(wen)字符(fu)号为“VT”，图形符(fu)号如图4-22所示(shi)。

场效应管原理

场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)普(pu)通具有(you)3个引脚，分别(bie)(bie)是(shi)(shi)栅极(ji)(ji)(ji)G、源极(ji)(ji)(ji)s和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)D，它们的(de)功(gong)用(yong)分别(bie)(bie)对应(ying)(ying)于双极(ji)(ji)(ji)型晶体管(guan)(guan)的(de)基(ji)极(ji)(ji)(ji)b、发射极(ji)(ji)(ji)e和集电极(ji)(ji)(ji)c。由于场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)的(de)源极(ji)(ji)(ji)s和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)D是(shi)(shi)对称的(de)，实践运用(yong)中能够(gou)互换。双栅极(ji)(ji)(ji)场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)具有(you)4个引脚，分别(bie)(bie)是(shi)(shi)栅极(ji)(ji)(ji)G1和G2、源极(ji)(ji)(ji)S和漏(lou)极(ji)(ji)(ji)D。常(chang)用(yong)场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)的(de)引脚如(ru)图(tu)4-23所示(shi)，运用(yong)中应(ying)(ying)注意识(shi)别(bie)(bie)。

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场效应管有什么特点

场(chang)效应(ying)管(guan)的特点由栅极(ji)电(dian)压UG控制(zhi)其漏极(ji)电(dian)流ID。和普通(tong)双极(ji)型晶(jing)体管(guan)相比拟(ni)，场(chang)效应(ying)管(guan)具有输入(ru)阻抗高、噪(zao)声(sheng)低(di)、动态范围大(da)、功耗小(xiao)、易于集成等特性。

场(chang)效(xiao)应管的基(ji)本工(gong)作原理(li)如图4- 24所示(shi)（以结(jie)型N沟道(dao)管为例）。由(you)于栅极(ji)G接有负偏压（-UG），在G左近(jin)构成耗(hao)尽(jin)层(ceng)。

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当负偏(pian)压(ya)（-UG）的(de)绝(jue)对值(zhi)增大(da)时，耗尽(jin)层(ceng)增大(da)，沟道(dao)减(jian)小，漏(lou)(lou)(lou)极(ji)电流ID减(jian)小。当负偏(pian)压(ya)（-Uc）的(de)绝(jue)对值(zhi)减(jian)小时，耗尽(jin)层(ceng)减(jian)小，沟道(dao)增大(da)，漏(lou)(lou)(lou)极(ji)电流ID增人。可(ke)见，漏(lou)(lou)(lou)极(ji)电流ID受栅极(ji)电压(ya)的(de)控制(zhi)(zhi)，所以场效应管是电压(ya)控制(zhi)(zhi)型器件，即(ji)经(jing)过输(shu)入电压(ya)的(de)变(bian)化(hua)来控制(zhi)(zhi)输(shu)出(chu)电流的(de)变(bian)化(hua)，从而到达放大(da)等目的(de)。

和双(shuang)极(ji)型晶体管一(yi)样，场效应(ying)管用于(yu)放大等电路时，其(qi)栅极(ji)也应(ying)加偏置电压。

结(jie)型(xing)(xing)场(chang)效应管(guan)的(de)栅(zha)(zha)极应加反向偏置(zhi)(zhi)(zhi)电压(ya)(ya)，即N沟道管(guan)加负栅(zha)(zha)压(ya)(ya)，P沟道管(guan)加正(zheng)(zheng)栅(zha)(zha)压(ya)(ya)。加强型(xing)(xing)绝缘栅(zha)(zha)场(chang)效应管(guan)应加正(zheng)(zheng)向栅(zha)(zha)压(ya)(ya)。耗尽(jin)型(xing)(xing)绝缘栅(zha)(zha)场(chang)效应管(guan)的(de)栅(zha)(zha)压(ya)(ya)可正(zheng)(zheng)、可负、可为“0”，见表4-2。加偏置(zhi)(zhi)(zhi)的(de)办法有固定偏置(zhi)(zhi)(zhi)法、自给偏置(zhi)(zhi)(zhi)法、直接耦(ou)合法等(deng)。

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怎样理解场效应管的参数

场效应(ying)管(guan)的参数(shu)很(hen)多，包括直流(liu)参数(shu)、交流(liu)参数(shu)和(he)极限参数(shu)，但普通运用(yong)时(shi)只需关(guan)注以下主要参数(shu)：饱和(he)漏源电流(liu)IDss、夹断电压Ue，（结型管(guan)和(he)耗(hao)尽型绝缘栅(zha)管(guan)）或开(kai)启电压JT（加强型绝缘栅(zha)管(guan)）、跨导gm、漏源击穿电压BUDS最大(da)(da)耗(hao)散功率PDSM和(he)最大(da)(da)漏源电流(liu)IDSM。

(1)饱和漏(lou)源电流

饱和漏源(yuan)电(dian)流IDSS是指结型(xing)或耗尽型(xing)绝缘栅场效(xiao)应管(guan)中，栅极电(dian)压(ya)UGS=O时的漏源(yuan)电(dian)流。

(2)夹断(duan)电压

夹断电压UP是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压。如图4-25所示为N沟道管的UGS-ID曲线，可明白看出IDSS和UP的意义。如图4-26所示为P沟道管的UGS-ID曲线。
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(3)开(kai)启电压

开启电压UT是指加强型绝缘栅场效应管(guan)中(zhong)，使漏源间刚导通(tong)时的(de)栅极电压。如图4-27所示为N沟道(dao)管(guan)的(de)UGS-ID曲线，可明白看出UT的(de)意义。如图4-28所示为P沟道(dao)管(guan)的(de)UGS-ID曲线。

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(4)跨导

跨导gm，是(shi)表(biao)示(shi)栅源电压(ya)UGS对(dui)漏(lou)极(ji)电流(liu)ID的控(kong)制才能，即漏(lou)极(ji)电流(liu)ID变化量与栅源电压(ya)UGS变化餐(can)的比(bi)值。gm是(shi)权衡场效应管放大才能的重要参数。

(5)漏源(yuan)击穿电压

漏(lou)源击穿电(dian)(dian)压(ya)BUDS是指(zhi)栅源电(dian)(dian)压(ya)UGS一(yi)(yi)定时，场(chang)效应管正常工作所能接受的最大(da)漏(lou)源电(dian)(dian)压(ya)。这是一(yi)(yi)项极限参数，加在(zai)场(chang)效应管上的工作电(dian)(dian)压(ya)必需小于BUDS。

(6)最大(da)耗散功率

最大耗散功率PDSM也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。运用时场效应管实践功耗应小于PDSM并留有一定余量。
(7)最大漏源电(dian)流

最(zui)大(da)漏源(yuan)电(dian)流IDSM是另一项(xiang)极限参(can)数，是指场效应(ying)管(guan)正常工作时，漏源(yuan)间所(suo)允许(xu)经过的最(zui)大(da)电(dian)流。场效应(ying)管(guan)的工作电(dian)流不应(ying)超越(yue)IDSM。场效应(ying)管(guan)的主要作用(yong)是放大(da)、恒流、阻抗变换、可(ke)变电(dian)阻和(he)电(dian)子(zi)开(kai)关等(deng)。

场效应管有哪些用途

(1)放大(da)

场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)(ying)管具有放(fang)大(da)作用(yong)。如(ru)图4-29所示为场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)(ying)管放(fang)大(da)器(qi)，输(shu)入(ru)信号Ui经C1耦合至场(chang)效(xiao)应(ying)(ying)(ying)管VT的(de)(de)(de)栅极，与原(yuan)来的(de)(de)(de)栅极负偏压相(xiang)(xiang)(xiang)叠加(jia)，使其漏极电(dian)(dian)(dian)流ID相(xiang)(xiang)(xiang)应(ying)(ying)(ying)变化，并在负载电(dian)(dian)(dian)阻(zu)RD上产(chan)生压降，经C2隔离直流后输(shu)出，在输(shu)出端即得到放(fang)大(da)了的(de)(de)(de)信号电(dian)(dian)(dian)压Uo。ID与Ui同相(xiang)(xiang)(xiang)，Uo与ui反(fan)相(xiang)(xiang)(xiang)。由于场(chang)效(xiao)府管放(fang)大(da)器(qi)的(de)(de)(de)输(shu)入(ru)阻(zu)抗很高，因而耦合电(dian)(dian)(dian)容(rong)能够容(rong)最较小，不用(yong)运用(yong)电(dian)(dian)(dian)解(jie)电(dian)(dian)(dian)容(rong)器(qi)。

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(2)恒(heng)流

场效应管能够便当地构成恒流源，电路如图4-30所示。恒流原理是假如经过场效应管的漏极电流ID因故增大，源极电阻Rs上构成的负栅压也随之增大，迫使ID回落，反之亦然，使ID坚持恒定。恒定电流式中Up为场效应(ying)管夹断电压。

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(3)阻抗变换

场效应管很高的输入阻抗十分合适作阻抗变换。如图4-31所示为场效应管源极输出器，电路构造与晶体三极管射极跟随器相似，但由于场效应管是电压控制型器件，输入阻抗极高，因而场效应管源极输出用具有更高的输入阻抗Zi和较低的输出阻抗Zo，常用于多级放大器的高阻抗输入级作阻抗变换。
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(4)可(ke)变电阻

场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)能够用作可变电阻。如图(tu)4-32所示为自动电平控制(zhi)电路，当(dang)输(shu)人信号Ui增(zeng)(zeng)(zeng)大招致Uo增(zeng)(zeng)(zeng)大时，由Uo经二极管(guan)VD负向整流后(hou)构成(cheng)的(de)(de)(de)栅极偏压-UG的(de)(de)(de)绝对值也增(zeng)(zeng)(zeng)大，使场(chang)效(xiao)应(ying)管(guan)VT的(de)(de)(de)等效(xiao)电阻增(zeng)(zeng)(zeng)大，R1与其(qi)的(de)(de)(de)分压比减(jian)小，使进入放大器的(de)(de)(de)信号电压减(jian)小，最(zui)终使Uo坚(jian)持根(gen)本不变。

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(5)电子开关

场效应管能够用作电子开关。如图4-33所示为直流信号调制电路，场效应管VT1、VT2下作于开关状态，其栅极分别接人频率相同、相位相反的方波电压。当VTi导通VT2截止时，Ui向C充电；当VT1截VT2导通时，C放电；其输出Uo便是与输入直流电压Ui相关的交变电压。
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怎样选用场效应管

常(chang)用场(chang)效(xiao)应(ying)管主要(yao)有(you)结型(xing)场(chang)效(xiao)应(ying)管、耗尽型(xing)绝缘(yuan)栅场(chang)效(xiao)应(ying)管、加强型(xing)绝缘(yuan)栅场(chang)效(xiao)应(ying)管、双栅场(chang)效(xiao)应(ying)管、功率(lv)场(chang)效(xiao)应(ying)管等。

(1)结型场效应(ying)管(guan)

结型(xing)(xing)场(chang)效应(ying)管(guan)因其(qi)具有(you)两个PN结而得名。结型(xing)(xing)场(chang)效应(ying)管(guan)正(zheng)常工作时，栅(zha)极(ji)(ji)应(ying)加负(fu)(fu)偏压（相(xiang)对(dui)漏(lou)极(ji)(ji)而言）。关(guan)于(yu)N沟道(dao)结型(xing)(xing)场(chang)效应(ying)管(guan)，漏(lou)极(ji)(ji)加正(zheng)电(dian)压，栅(zha)极(ji)(ji)加负(fu)(fu)电(dian)压。关(guan)于(yu)P沟道(dao)结型(xing)(xing)场(chang)效应(ying)管(guan)，漏(lou)极(ji)(ji)加负(fu)(fu)电(dian)压，栅(zha)极(ji)(ji)加正(zheng)电(dian)压。

场效应管原理

结型场效(xiao)应管(guan)(guan)的(de)性能特(te)性是当栅(zha)极(ji)电(dian)压UGS=0时(shi)管(guan)(guan)子(zi)导通，漏极(ji)电(dian)流ID到达最大值(zhi)。栅(zha)极(ji)电(dian)压的(de)绝对值(zhi)越大ID越小，直(zhi)至(zhi)管(guan)(guan)子(zi)截止。如(ru)图4-34所示(shi)为结型场效(xiao)应管(guan)(guan)的(de)转移特(te)性曲线（UGS-ID曲线）。

结(jie)型(xing)场(chang)效应(ying)管(guan)具有很高的输入阻(zu)抗(kang)，为107～lO9Q。常用结(jie)型(xing)场(chang)效应(ying)管(guan)有3DJ系列，以及进口的2SJ系列和2SK系列等。

(2)耗尽(jin)型绝缘栅场效应(ying)管

绝(jue)缘(yuan)栅(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)因栅(zha)极与沟道之间有一层(ceng)二氧化硅绝(jue)缘(yuan)层(ceng)而得名，分(fen)为(wei)耗(hao)尽(jin)型绝(jue)缘(yuan)栅(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)和加强型绝(jue)缘(yuan)栅(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)两类。绝(jue)缘(yuan)栅(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管(guan)(guan)具有极高的输(shu)入阻抗，为(wei)109～1015Ω。

耗尽型绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管的性能特性是(shi)当(dang)栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)压UGS=O时(shi)(shi)管子有一定的漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流ID。关于(yu)N沟(gou)道耗尽型绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管，漏(lou)极(ji)(ji)加正电(dian)(dian)(dian)压，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)压从“0”逐(zhu)步上(shang)升(sheng)时(shi)(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流ID逐(zhu)步增大，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)压从“o”逐(zhu)步降落(luo)时(shi)(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流ID逐(zhu)步减(jian)小(xiao)直至截止。列(lie)于(yu)P沟(gou)道耗尽型绝缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)(xiao)应(ying)管，漏(lou)极(ji)(ji)加负电(dian)(dian)(dian)压，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)压从“0”逐(zhu)步降落(luo)时(shi)(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流In逐(zhu)步增大，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)压从“o”逐(zhu)步上(shang)升(sheng)时(shi)(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)(dian)流ID逐(zhu)步减(jian)小(xiao)直至截止。

如(ru)图4-35所示为耗(hao)尽型(xing)绝(jue)缘栅(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)的转移(yi)特性(xing)曲线（UGS - ID曲线）。常用耗(hao)尽型(xing)绝(jue)缘栅(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)有3D01、3D02、3D04等(deng)。

(3)加强型绝缘栅(zha)场效(xiao)应管(guan)

加强型绝缘栅场效应管正常工作时，栅极应加正偏压（即与漏极电压相同）。关于N沟道加强型绝缘栅场效应管，漏极和栅极均加正电压。关于P沟道加强型绝缘栅场效应管，漏极和栅极均加负电压。
场效应管原理

加强(qiang)型绝缘栅(zha)场(chang)效应(ying)管的性能特性是当栅(zha)极(ji)(ji)电压(ya)UGS=0时管子截止。栅(zha)极(ji)(ji)电压(ya)的绝对(dui)值到达开(kai)启(qi)电压(ya)UT时开(kai)端有漏(lou)(lou)极(ji)(ji)电流ID，栅(zha)极(ji)(ji)电压(ya)的绝对(dui)值越大漏(lou)(lou)极(ji)(ji)电流ID越大。

如图4-36所(suo)示为加(jia)强型(xing)绝缘栅(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)(guan)的转移特(te)性曲(qu)线(xian)（UGS-ID曲(qu)线(xian)）。常用的加(jia)强型(xing)绝缘栅(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)(guan)有3CO1、3C02、3CO3、3CO6、3DO3, 3DO6等。

(4)双栅场(chang)效应管

双栅场效应管的特性是具有两(liang)个相(xiang)互独立的栅极G1和G2，从构造上(shang)看相(xiang)当于(yu)两(liang)个单栅场效应管的串联体(ti)，如图4-37所示(shi)。

场效应管原理

双栅场效应管的输出电流遭到两个栅极电压的控制。双栅场效应管的这种特性使得其用作高频放大器、增益控制放大器、混频器和解凋器时带来很大便当。
双栅(zha)场效应(ying)管(guan)也(ye)有(you)(you)(you)结(jie)型和绝(jue)缘栅(zha)型、N沟道(dao)和P沟道(dao)之(zhi)分。常(chang)用(yong)结(jie)型双栅(zha)场效应(ying)管(guan)有(you)(you)(you)4DJ系(xi)列，常(chang)用(yong)绝(jue)缘栅(zha)型双栅(zha)场效应(ying)管(guan)有(you)(you)(you)4DO系(xi)列等。

(5)功(gong)率(lv)场效(xiao)应管

功率场(chang)效应管(guan)也称为VMOS场(chang)效应管(guan)，因其金属栅极采用V形槽构造而得名，它也属于绝缘栅场(chang)效应管(guan)。

功(gong)(gong)率场效(xiao)应管(guan)是一种(zhong)性(xing)能优秀的(de)电(dian)压控(kong)制型功(gong)(gong)率开(kai)关器件，具(ju)有输入阻抗高(gao)(gao)、驱(qu)动电(dian)流(liu)(liu)小(xiao)、电(dian)压增益(yi)高(gao)(gao)、耐1i；高(gao)(gao)、工作电(dian)流(liu)(liu)大(da)、输出功(gong)(gong)率大(da)、开(kai)关速(su)度快(kuai)、导通电(dian)阻小(xiao)、热稳定(ding)性(xing)好、过载才能强等特性(xing)，在功(gong)(gong)率放大(da)器、开(kai)关电(dian)源、逆变器、电(dian)动机控(kong)制和调速(su)等场所应用普遍(bian)。

常用功率(lv)场效应管有M'系(xi)列(lie)、VN系(xi)列(lie)、IRF系(xi)列(lie)等。

怎样检测场效应管

场效(xiao)应管能够(gou)用万用表(biao)电阻挠停止引(yin)脚辨认和检测。

(1)引脚辨认与检测

结型(xing)场(chang)效应管(guan)的(de)(de)引(yin)脚(jiao)(jiao)辨认(ren)办(ban)法如图4-38所示，将万(wan)用表置于(yu)“RXlk”挡，用两(liang)表笔分别(bie)丈量每(mei)两(liang)个(ge)引(yin)脚(jiao)(jiao)间(jian)的(de)(de)正、反向(xiang)电阻(zu)。当(dang)某两(liang)个(ge)引(yin)脚(jiao)(jiao)间(jian)的(de)(de)正、反向(xiang)电阻(zu)相等，均为(wei)数千欧(ou)时(shi)，则这两(liang)个(ge)引(yin)脚(jiao)(jiao)为(wei)漏极D和源极s（可互换），余下的(de)(de)一个(ge)引(yin)足迹(ji)为(wei)栅极G。

(2)辨别N沟道场效应管(guan)和P沟道场效应管(guan)

如图4-39所示，将万用表置于“R*1K挡，黑表笔接栅极G，红表笔分别接另外两引脚，假如测得两个电阻值均很大，则为N沟道场效应管。假如测得两个电阻值均很小，则为P沟道场效应管。假如丈量结果不契合以上两步，则阐明该场效应管已坏或性能不良。
场效应管原理

(3)估测(ce)结型场(chang)效应管放大才能

将万用表置于“RX100”挡，两表笔分别接漏极(ji)(ji)D和(he)源极(ji)(ji)S，然后用手捏住栅极(ji)(ji)G（注入(ru)人体(ti)感(gan)应(ying)电压），表针(zhen)(zhen)应(ying)向左或向右摆动，如图4-40所(suo)示。表针(zhen)(zhen)摆动幅(fu)度(du)越大阐(chan)明场(chang)效应(ying)管(guan)的放大才能(neng)越大。假如表针(zhen)(zhen)不动，阐(chan)明该(gai)管(guan)已坏。

(4)估测绝缘栅场(chang)效应管放(fang)大(da)才能

估测绝缘栅场效应管（MOS管）放大才能时，由于其输入阻抗很高，为避免人体感应电压惹起栅极击穿，不要用手直接接触栅极G，而应手拿螺钉旋具的绝缘柄，用螺钉旋具的金属杆去接触栅极G，如图4-41所示。判别办法与丈量结型场效应管相同。
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