场效应管原理

场(chang)效应(ying)晶体管(guan)(guan)通(tong)常简称(cheng)为(wei)场(chang)效应(ying)管(guan)(guan)，是一种应(ying)用(yong)场(chang)效应(ying)原(yuan)理工作的(de)半导体器件，外形如图4.21所(suo)示。和(he)普(pu)通(tong)双极型晶体管(guan)(guan)相比(bi)拟，场(chang)效应(ying)管(guan)(guan)具有输(shu)入(ru)阻抗高(gao)、噪声低、动态(tai)范(fan)围大、功耗小、易于集成等特性，得到了越(yue)来越(yue)普(pu)遍的(de)应(ying)用(yong)。

场效应管(guan)的品种很多，主要(yao)分(fen)(fen)为结型场效应管(guan)和绝缘栅场效应管(guan)两大类，又都(dou)有N沟道(dao)和P沟道(dao)之(zhi)分(fen)(fen)。

绝缘栅场(chang)(chang)效应(ying)管(guan)也叫做金属氧化(hua)物半(ban)导(dao)体场(chang)(chang)效应(ying)管(guan)，简称为MOS场(chang)(chang)效应(ying)管(guan)，分为耗尽型(xing)MOS管(guan)和(he)加(jia)强型(xing)MOS管(guan)。

场效应(ying)(ying)管还(hai)有单(dan)栅(zha)(zha)(zha)极管和双栅(zha)(zha)(zha)极管之分。双栅(zha)(zha)(zha)场效应(ying)(ying)管具有两个(ge)相(xiang)互独立的(de)栅(zha)(zha)(zha)极G1和G2，从构造上(shang)看相(xiang)当于由两个(ge)单(dan)栅(zha)(zha)(zha)场效应(ying)(ying)管串联而成，其输出电(dian)(dian)流的(de)变化(hua)受到两个(ge)栅(zha)(zha)(zha)极电(dian)(dian)压的(de)控制。双栅(zha)(zha)(zha)场效应(ying)(ying)管的(de)这种特性，在作(zuo)为高频放(fang)大器(qi)、增益控制放(fang)大器(qi)、混频器(qi)和解调器(qi)运用时会(hui)带来很大便当。

怎样识别场效应管

场效应(ying)管的(de)文(wen)字符号(hao)为“VT”，图(tu)形符号(hao)如图(tu)4-22所示。

场(chang)效应管普通具有(you)3个(ge)引脚，分(fen)(fen)别(bie)(bie)是(shi)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)G、源极(ji)(ji)(ji)s和(he)(he)(he)漏极(ji)(ji)(ji)D，它们的(de)(de)(de)功用(yong)(yong)(yong)分(fen)(fen)别(bie)(bie)对(dui)应于双极(ji)(ji)(ji)型(xing)晶体管的(de)(de)(de)基极(ji)(ji)(ji)b、发射极(ji)(ji)(ji)e和(he)(he)(he)集电极(ji)(ji)(ji)c。由于场(chang)效应管的(de)(de)(de)源极(ji)(ji)(ji)s和(he)(he)(he)漏极(ji)(ji)(ji)D是(shi)对(dui)称的(de)(de)(de)，实践运用(yong)(yong)(yong)中(zhong)能够互换。双栅(zha)极(ji)(ji)(ji)场(chang)效应管具有(you)4个(ge)引脚，分(fen)(fen)别(bie)(bie)是(shi)栅(zha)极(ji)(ji)(ji)G1和(he)(he)(he)G2、源极(ji)(ji)(ji)S和(he)(he)(he)漏极(ji)(ji)(ji)D。常用(yong)(yong)(yong)场(chang)效应管的(de)(de)(de)引脚如(ru)图4-23所示，运用(yong)(yong)(yong)中(zhong)应注意识别(bie)(bie)。

场效应管有什么特点

场(chang)效应管的特(te)点由栅极电压(ya)UG控制(zhi)其漏极电流ID。和普(pu)通(tong)双极型晶体管相(xiang)比拟，场(chang)效应管具有输入阻抗(kang)高(gao)、噪(zao)声(sheng)低、动态(tai)范围(wei)大、功(gong)耗(hao)小、易于集成等特(te)性。

场效应管(guan)的基本工(gong)作原理如图(tu)4- 24所(suo)示(shi)（以结型N沟道管(guan)为例）。由于栅(zha)极G接有负(fu)偏(pian)压（-UG），在G左近构成耗尽层(ceng)。

当(dang)负(fu)偏压(ya)（-UG）的绝对(dui)值(zhi)增(zeng)大时，耗尽(jin)层(ceng)(ceng)增(zeng)大，沟道(dao)(dao)减(jian)(jian)小(xiao)，漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)流(liu)ID减(jian)(jian)小(xiao)。当(dang)负(fu)偏压(ya)（-Uc）的绝对(dui)值(zhi)减(jian)(jian)小(xiao)时，耗尽(jin)层(ceng)(ceng)减(jian)(jian)小(xiao)，沟道(dao)(dao)增(zeng)大，漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)流(liu)ID增(zeng)人。可见，漏极(ji)(ji)电(dian)(dian)流(liu)ID受栅(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)的控(kong)(kong)制(zhi)，所以场效(xiao)应管是(shi)电(dian)(dian)压(ya)控(kong)(kong)制(zhi)型器件(jian)，即经过输入(ru)电(dian)(dian)压(ya)的变化(hua)来控(kong)(kong)制(zhi)输出(chu)电(dian)(dian)流(liu)的变化(hua)，从而到(dao)达放(fang)大等目的。

和双极(ji)型晶体管(guan)一样，场(chang)效(xiao)应管(guan)用于(yu)放大等(deng)电(dian)路时(shi)，其栅极(ji)也应加偏置电(dian)压。

结型(xing)场(chang)效应(ying)管的栅极应(ying)加(jia)反向偏(pian)(pian)置(zhi)电压，即(ji)N沟道管加(jia)负(fu)栅压，P沟道管加(jia)正栅压。加(jia)强型(xing)绝(jue)缘(yuan)栅场(chang)效应(ying)管应(ying)加(jia)正向栅压。耗尽型(xing)绝(jue)缘(yuan)栅场(chang)效应(ying)管的栅压可正、可负(fu)、可为“0”，见表4-2。加(jia)偏(pian)(pian)置(zhi)的办法有(you)固定偏(pian)(pian)置(zhi)法、自给偏(pian)(pian)置(zhi)法、直(zhi)接(jie)耦合法等。

怎样理解场效应管的参数

场效应管的参数(shu)很(hen)多，包括直流(liu)参数(shu)、交流(liu)参数(shu)和(he)(he)极限(xian)参数(shu)，但普通运用(yong)时只需关(guan)注以下主要参数(shu)：饱和(he)(he)漏(lou)源(yuan)电(dian)(dian)流(liu)IDss、夹断电(dian)(dian)压Ue，（结(jie)型(xing)(xing)管和(he)(he)耗尽型(xing)(xing)绝缘(yuan)(yuan)栅管）或开(kai)启(qi)电(dian)(dian)压JT（加强型(xing)(xing)绝缘(yuan)(yuan)栅管）、跨导gm、漏(lou)源(yuan)击穿电(dian)(dian)压BUDS最(zui)大耗散功率PDSM和(he)(he)最(zui)大漏(lou)源(yuan)电(dian)(dian)流(liu)IDSM。

(1)饱和(he)漏源(yuan)电流

饱(bao)和漏(lou)源(yuan)电流(liu)IDSS是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管(guan)中，栅极电压(ya)UGS=O时的漏(lou)源(yuan)电流(liu)。 

(2)夹(jia)断电压

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。

(3)开启电压(ya)

开启电压UT是指加强型(xing)绝缘栅(zha)场效应管(guan)中，使漏源间刚导通时的栅(zha)极(ji)电压。如图(tu)4-27所(suo)示为N沟道(dao)管(guan)的UGS-ID曲(qu)线，可明(ming)白(bai)看出UT的意义。如图(tu)4-28所(suo)示为P沟道(dao)管(guan)的UGS-ID曲(qu)线。

(4)跨导

跨导gm，是表示栅源电(dian)压UGS对漏极(ji)电(dian)流(liu)ID的控(kong)制才能(neng)，即漏极(ji)电(dian)流(liu)ID变化量(liang)与栅源电(dian)压UGS变化餐的比值(zhi)。gm是权衡场效应(ying)管放大才能(neng)的重要(yao)参数。

(5)漏(lou)源击穿(chuan)电(dian)压

漏(lou)源(yuan)(yuan)(yuan)击穿电(dian)(dian)压BUDS是指栅源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)(dian)压UGS一定时，场效应管(guan)(guan)正常工作所(suo)能接受的(de)最大漏(lou)源(yuan)(yuan)(yuan)电(dian)(dian)压。这(zhei)是一项极(ji)限参数，加在场效应管(guan)(guan)上的(de)工作电(dian)(dian)压必需小于BUDS。

(6)最大耗(hao)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(zui)大漏源(yuan)电(dian)流

最(zui)大(da)漏源电(dian)流(liu)IDSM是另一项极限(xian)参数，是指(zhi)场(chang)效应管(guan)正常(chang)工作时，漏源间(jian)所允(yun)许经过(guo)的(de)最(zui)大(da)电(dian)流(liu)。场(chang)效应管(guan)的(de)工作电(dian)流(liu)不应超(chao)越IDSM。场(chang)效应管(guan)的(de)主要作用是放大(da)、恒流(liu)、阻抗(kang)变换、可变电(dian)阻和(he)电(dian)子开(kai)关等(deng)。

场效应管有哪些用途

(1)放大

场效(xiao)应管(guan)具有放大作用。如(ru)图4-29所(suo)示为(wei)场效(xiao)应管(guan)放大器，输(shu)入信号(hao)Ui经C1耦(ou)合(he)至场效(xiao)应管(guan)VT的(de)(de)栅极，与原来的(de)(de)栅极负偏压(ya)相叠加(jia)，使其(qi)漏(lou)极电流(liu)ID相应变化，并在负载电阻RD上产生压(ya)降，经C2隔离直流(liu)后输(shu)出(chu)(chu)，在输(shu)出(chu)(chu)端(duan)即得到放大了的(de)(de)信号(hao)电压(ya)Uo。ID与Ui同(tong)相，Uo与ui反相。由于场效(xiao)府管(guan)放大器的(de)(de)输(shu)入阻抗很(hen)高(gao)，因而耦(ou)合(he)电容能够容最较(jiao)小，不用运(yun)用电解电容器。

(2)恒流

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(zhong)Up为场效应管夹断电压。

(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。

(4)可变电(dian)阻(zu)

场(chang)效应管能够(gou)用(yong)作可(ke)变电(dian)(dian)阻(zu)。如图4-32所示为自动(dong)电(dian)(dian)平控制电(dian)(dian)路，当输人信号(hao)Ui增(zeng)大(da)招致Uo增(zeng)大(da)时(shi)，由Uo经二极管VD负向整流后构成(cheng)的栅极偏压(ya)-UG的绝(jue)对值也(ye)增(zeng)大(da)，使(shi)(shi)场(chang)效应管VT的等(deng)效电(dian)(dian)阻(zu)增(zeng)大(da)，R1与其的分压(ya)比减小，使(shi)(shi)进入放大(da)器的信号(hao)电(dian)(dian)压(ya)减小，最(zui)终使(shi)(shi)Uo坚持根本不变。

(5)电子开(kai)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。

怎样选用场效应管

常用场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)主(zhu)要有结型场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)、耗尽(jin)型绝缘(yuan)栅场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)、加(jia)强型绝缘(yuan)栅场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)、双栅场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)、功率场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)(ying)管(guan)(guan)等。

(1)结型场效应(ying)管(guan)

结(jie)型(xing)场(chang)(chang)效应管(guan)因其具(ju)有两个PN结(jie)而得(de)名(ming)。结(jie)型(xing)场(chang)(chang)效应管(guan)正(zheng)常(chang)工作时，栅极(ji)应加(jia)负偏(pian)压(ya)(ya)（相对漏(lou)极(ji)而言(yan)）。关(guan)(guan)于N沟(gou)道结(jie)型(xing)场(chang)(chang)效应管(guan)，漏(lou)极(ji)加(jia)正(zheng)电压(ya)(ya)，栅极(ji)加(jia)负电压(ya)(ya)。关(guan)(guan)于P沟(gou)道结(jie)型(xing)场(chang)(chang)效应管(guan)，漏(lou)极(ji)加(jia)负电压(ya)(ya)，栅极(ji)加(jia)正(zheng)电压(ya)(ya)。

结型场效(xiao)应(ying)管的性能特(te)性是当栅极(ji)电压UGS=0时管子导通，漏极(ji)电流ID到达最大值。栅极(ji)电压的绝(jue)对值越大ID越小(xiao)，直至(zhi)管子截止。如图4-34所示为结型场效(xiao)应(ying)管的转移特(te)性曲线（UGS-ID曲线）。

结型场效应管(guan)具(ju)有很(hen)高的输入阻抗，为107～lO9Q。常用(yong)结型场效应管(guan)有3DJ系(xi)列(lie)(lie)(lie)，以及(ji)进口的2SJ系(xi)列(lie)(lie)(lie)和2SK系(xi)列(lie)(lie)(lie)等。

(2)耗尽型(xing)绝缘栅场效(xiao)应管(guan)

绝(jue)缘栅场效(xiao)应管(guan)因栅极与(yu)沟道之间有一层二氧化硅绝(jue)缘层而(er)得名，分(fen)为耗尽型(xing)(xing)绝(jue)缘栅场效(xiao)应管(guan)和(he)加强(qiang)型(xing)(xing)绝(jue)缘栅场效(xiao)应管(guan)两类。绝(jue)缘栅场效(xiao)应管(guan)具有极高的输入(ru)阻抗，为109～1015Ω。

耗(hao)尽(jin)(jin)型绝(jue)缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)的(de)性能(neng)特性是当(dang)栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)UGS=O时(shi)管(guan)子(zi)有(you)一定的(de)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流ID。关(guan)于N沟(gou)(gou)道耗(hao)尽(jin)(jin)型绝(jue)缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)，漏(lou)极(ji)(ji)加(jia)正(zheng)电(dian)(dian)压(ya)(ya)，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)从(cong)(cong)(cong)“0”逐(zhu)步(bu)(bu)上升时(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流ID逐(zhu)步(bu)(bu)增(zeng)大(da)，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)从(cong)(cong)(cong)“o”逐(zhu)步(bu)(bu)降(jiang)落时(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流ID逐(zhu)步(bu)(bu)减小直(zhi)至(zhi)截(jie)止。列于P沟(gou)(gou)道耗(hao)尽(jin)(jin)型绝(jue)缘栅(zha)(zha)(zha)场(chang)效(xiao)应管(guan)，漏(lou)极(ji)(ji)加(jia)负电(dian)(dian)压(ya)(ya)，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)从(cong)(cong)(cong)“0”逐(zhu)步(bu)(bu)降(jiang)落时(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流In逐(zhu)步(bu)(bu)增(zeng)大(da)，栅(zha)(zha)(zha)极(ji)(ji)电(dian)(dian)压(ya)(ya)从(cong)(cong)(cong)“o”逐(zhu)步(bu)(bu)上升时(shi)漏(lou)极(ji)(ji)电(dian)(dian)流ID逐(zhu)步(bu)(bu)减小直(zhi)至(zhi)截(jie)止。

如图4-35所示为耗尽(jin)型绝缘栅场效应(ying)管(guan)的转移特性曲(qu)线(xian)（UGS - ID曲(qu)线(xian)）。常用(yong)耗尽(jin)型绝缘栅场效应(ying)管(guan)有3D01、3D02、3D04等。

(3)加强型绝缘栅场效(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。

加强型(xing)绝(jue)缘栅(zha)(zha)场效应管的性能特性是当栅(zha)(zha)极(ji)电压(ya)UGS=0时管子截止(zhi)。栅(zha)(zha)极(ji)电压(ya)的绝(jue)对(dui)值(zhi)(zhi)到达开启电压(ya)UT时开端(duan)有漏极(ji)电流ID，栅(zha)(zha)极(ji)电压(ya)的绝(jue)对(dui)值(zhi)(zhi)越大漏极(ji)电流ID越大。

如图4-36所(suo)示为加强(qiang)型绝(jue)(jue)缘栅(zha)场效应管(guan)的转移特(te)性曲线(xian)（UGS-ID曲线(xian)）。常用的加强(qiang)型绝(jue)(jue)缘栅(zha)场效应管(guan)有3CO1、3C02、3CO3、3CO6、3DO3, 3DO6等(deng)。

(4)双栅场效(xiao)应管

双栅场(chang)(chang)效(xiao)应管的(de)特性是(shi)具有两(liang)个相互独立(li)的(de)栅极(ji)G1和G2，从构(gou)造上(shang)看相当于两(liang)个单栅场(chang)(chang)效(xiao)应管的(de)串联体，如图4-37所示(shi)。

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。
双栅场(chang)(chang)效应管(guan)也(ye)有(you)结型和绝(jue)缘栅型、N沟(gou)道和P沟(gou)道之分。常用结型双栅场(chang)(chang)效应管(guan)有(you)4DJ系列，常用绝(jue)缘栅型双栅场(chang)(chang)效应管(guan)有(you)4DO系列等。

(5)功率场效应管(guan)

功(gong)率场效(xiao)应(ying)管(guan)也(ye)称为VMOS场效(xiao)应(ying)管(guan)，因(yin)其金属(shu)栅(zha)极采用V形槽构造(zao)而得名，它也(ye)属(shu)于(yu)绝缘栅(zha)场效(xiao)应(ying)管(guan)。

功(gong)(gong)率场效应管是一(yi)种性(xing)(xing)能(neng)优(you)秀(xiu)的电(dian)(dian)(dian)(dian)压控制型功(gong)(gong)率开(kai)关器(qi)(qi)件，具有输(shu)入阻抗高、驱动(dong)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)小(xiao)、电(dian)(dian)(dian)(dian)压增益高、耐1i；高、工作电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)大、输(shu)出功(gong)(gong)率大、开(kai)关速度快、导通电(dian)(dian)(dian)(dian)阻小(xiao)、热稳定性(xing)(xing)好、过(guo)载才能(neng)强等特性(xing)(xing)，在功(gong)(gong)率放大器(qi)(qi)、开(kai)关电(dian)(dian)(dian)(dian)源、逆变器(qi)(qi)、电(dian)(dian)(dian)(dian)动(dong)机控制和调速等场所应用普遍。

常(chang)用功(gong)率(lv)场效应管有M'系列、VN系列、IRF系列等。

怎样检测场效应管

场(chang)效(xiao)应管能够用万用表电阻挠停(ting)止引(yin)脚(jiao)辨认和检测。

(1)引脚辨认与检(jian)测

结型场效应(ying)管的(de)引脚(jiao)辨认办法如图4-38所示，将(jiang)万(wan)用表置于“RXlk”挡，用两(liang)表笔分别丈量(liang)每两(liang)个(ge)引脚(jiao)间(jian)的(de)正(zheng)、反向电阻。当某(mou)两(liang)个(ge)引脚(jiao)间(jian)的(de)正(zheng)、反向电阻相等，均为数千欧时，则这(zhei)两(liang)个(ge)引脚(jiao)为漏极(ji)D和源极(ji)s（可(ke)互换），余下的(de)一个(ge)引足(zu)迹为栅极(ji)G。

(2)辨别N沟(gou)道(dao)(dao)场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)管和P沟(gou)道(dao)(dao)场(chang)(chang)效(xiao)应(ying)管

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。

(3)估测(ce)结型场效应管(guan)放大才能

将万用(yong)表(biao)置于(yu)“RX100”挡，两表(biao)笔分别接漏极D和源极S，然后(hou)用(yong)手捏住栅(zha)极G（注(zhu)入人体(ti)感应(ying)(ying)电压），表(biao)针应(ying)(ying)向左或(huo)向右摆动，如(ru)(ru)图4-40所(suo)示。表(biao)针摆动幅度越(yue)大阐明场效应(ying)(ying)管的(de)放(fang)大才能越(yue)大。假如(ru)(ru)表(biao)针不动，阐明该管已坏。

(4)估测(ce)绝缘栅(zha)场效应(ying)管放大才能

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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