MOS管場(chǎng)效應(yīng)管的作用有哪些？以及它的應(yīng)用領(lǐng)域
信息來(lái)源：本站 日期：2016-10-26
場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）因有兩個(gè)PN結(jié)而得名，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（JGFET）則因柵極與其它電極完整絕緣而得名。目前在絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管中，應(yīng)用最為普遍的是MOS場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場(chǎng)效應(yīng)管，以及最近剛問(wèn)世的πMOS場(chǎng)效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。
按溝道半導(dǎo)體資料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來(lái)劃分，場(chǎng)效應(yīng)管又可分紅耗盡型與加強(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，也有加強(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溝耗盡型和加強(qiáng)型；P溝耗盡型和加強(qiáng)型四大類。見下圖。
場(chǎng)效應(yīng)管的特性是南柵極電壓UG；控制其漏極電流ID。和普通雙極型晶體管相比擬，場(chǎng)效應(yīng)管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特性。
場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理如圖4-24所示（以結(jié)型N溝道管為例）。由于柵極G接有負(fù)偏壓（-UG），在G左近構(gòu)成耗盡層。
當(dāng)負(fù)負(fù)偏壓(-UG)的絕對(duì)值增大時(shí)，耗盡層增大，溝道減小，漏極電流ID減小。當(dāng)負(fù)偏壓（一UG）的絕對(duì)值減小時(shí)，耗盡層減小，溝道增大，漏極電流ID增大?？梢?，漏極電流ID受柵極電壓的控制，所以場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制型器件，即經(jīng)過(guò)輸入電壓的變化來(lái)控制輸出電流的變化，從而到達(dá)放大等目的。
和雙極型晶體管一樣，場(chǎng)效應(yīng)管用于放大等電路時(shí)，其柵極也應(yīng)加偏置電壓。
結(jié)型場(chǎng)效府管的柵極應(yīng)加反向偏置電壓，即N溝道管加負(fù)柵壓，P溝道管加正柵爪。加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)加正向柵壓。耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的柵壓可正、可負(fù)、可為“0”，見表4-2。加偏置的辦法有同定偏置法、自給偏置法、直接耦合法等。
場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但普通運(yùn)用時(shí)只需關(guān)注以下主要參數(shù)：飽和漏源電流IDSS夾斷電壓Up，（結(jié)型管和耗盡型絕緣柵管，或開啟電壓UT（加強(qiáng)型絕緣柵管）、跨導(dǎo)gm、漏源擊穿電壓BUDS、最大耗散功率PDSM和最大漏源電流IDSM。
(1)飽和漏源電流
飽和漏源電流IDSS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。
(2)夾斷電壓
夾斷電壓UP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。如同4-25所示為N溝道管的UGS一ID曲線，可明白看出IDSS和UP的意義。如圖4-26所示為P溝道管的UGS-ID曲線。
(3)開啟電壓
開啟電壓UT是指加強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。如圖4-27所示為N溝道管的UGS-ID曲線，可明白看出UT的意義。如圖4-28所示為P溝道管的UGS-ID曲線。
(4)跨導(dǎo)
跨導(dǎo)gm是表示柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制才能，即漏極電流ID變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。9m是權(quán)衡場(chǎng)效應(yīng)管放大才能的重要參數(shù)。
(5)漏源擊穿電壓
漏源擊穿電壓BUDS是指柵源電壓UGS一定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能接受的最大漏源電壓。這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必需小于BUDS。
(6)最大耗散功率
最大耗散功率PDSM也是—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。運(yùn)用時(shí)場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)踐功耗應(yīng)小于PDSM并留有—定余量。
(7)最大漏源電流
最大漏源電流IDSM是另一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許經(jīng)過(guò)的最大電流。場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超越IDSM。
一、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。
二、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。
三、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。
四、場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。
五、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。
MOS管、場(chǎng)效應(yīng)管。具有低內(nèi)阻、高耐壓、快速開關(guān)、雪崩能量高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)電流跨度1A-200A電壓跨度30V-1200V，我們可以根據(jù)客戶的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用方案的不同作出調(diào)整電性參數(shù)，提高客戶產(chǎn)品的可靠性，整體轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)品的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
將萬(wàn)用表的量程選擇在RX1K檔,用黑表筆接D極,紅表筆接S極,用手同時(shí)觸及一下G,D極,場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)呈瞬時(shí)導(dǎo)通狀態(tài),即表針擺向阻值較小的位置,再用手觸及一下G,S極, 場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)無(wú)反應(yīng),即表針回零位置不動(dòng).此時(shí)應(yīng)可判斷出場(chǎng)效應(yīng)管為好管.
將萬(wàn)用表的量程選擇在RX1K檔,分別測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)管腳之間的電阻阻值,若某腳與其他兩腳之間的電阻值均為無(wú)窮大時(shí),并且再交換表筆后仍為無(wú)窮大時(shí),則此腳為G極,其它兩腳為S極和D極.然后再用萬(wàn)用表測(cè)量S極和D極之間的電阻值一次,交換表筆后再測(cè)量一次,其中阻值較小的一次,黑表筆接的是S極,紅表筆接的是D極.
一、用指針式萬(wàn)用表對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行判別
1)用測(cè)電阻法判別結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電極
根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法：將萬(wàn)用表?yè)茉赗×1k檔上，任選兩個(gè)電極，分別測(cè)出其正、反向電阻值。當(dāng)某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時(shí)，則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因?yàn)閷?duì)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬(wàn)用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個(gè)電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個(gè)電極，測(cè)其電阻值。當(dāng)出現(xiàn)兩次測(cè)得的電阻值近似相等時(shí)，則黑表筆所接觸的電極為柵極，其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測(cè)出的電阻值均很大，說(shuō)明是PN結(jié)的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，且黑表筆接的是柵極;若兩次測(cè)出的電阻值均很小，說(shuō)明是正向PN結(jié)，即是正向電阻，判定為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況，可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測(cè)試，直到判別出柵極為止。
2)用測(cè)電阻法判別場(chǎng)效應(yīng)管的好壞
測(cè)電阻法是用萬(wàn)用表測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場(chǎng)效應(yīng)管手冊(cè)標(biāo)明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法：首先將萬(wàn)用表置于R×10或R×100檔，測(cè)量源極S與漏極D之間的電阻，通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊(cè)中可知，各種不同型號(hào)的管，其電阻值是各不相同的)，如果測(cè)得阻值大于正常值，可能是由于內(nèi)部接觸不良;如果測(cè)得阻值是無(wú)窮大，可能是內(nèi)部斷極。然后把萬(wàn)用表置于R×10k檔，再測(cè)柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值，當(dāng)測(cè)得其各項(xiàng)電阻值均為無(wú)窮大，則說(shuō)明管是正常的;若測(cè)得上述各阻值太小或?yàn)橥罚瑒t說(shuō)明管是壞的。要注意，若兩個(gè)柵極在管內(nèi)斷極，可用元件代換法進(jìn)行檢測(cè)。
3)用感應(yīng)信號(hào)輸人法估測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力
具體方法：用萬(wàn)用表電阻的R×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，給場(chǎng)效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓，此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極G，將人體的感應(yīng)電壓信號(hào)加到柵極上。這樣，由于管的放大作用，漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發(fā)生變化，也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化，由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極表針擺動(dòng)較小，說(shuō)明管的放大能力較差;表針擺動(dòng)較大，表明管的放大能力大;若表針不動(dòng)，說(shuō)明管是壞的。
根據(jù)上述方法，我們用萬(wàn)用表的R×100檔，測(cè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3DJ2F。先將管的G極開路，測(cè)得漏源電阻RDS為600Ω，用手捏住G極后，表針向左擺動(dòng)，指示的電阻RDS為12kΩ，表針擺動(dòng)的幅度較大，說(shuō)明該管是好的，并有較大的放大能力。
運(yùn)用這種方法時(shí)要說(shuō)明幾點(diǎn)：首先，在測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管用手捏住柵極時(shí)，萬(wàn)用表針可能向右擺動(dòng)(電阻值減小)，也可能向左擺動(dòng)(電阻值增加)。這是由于人體感應(yīng)的交流電壓較高，而不同的場(chǎng)效應(yīng)管用電阻檔測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同(或者工作在飽和區(qū)或者在不飽和區(qū))所致，試驗(yàn)表明，多數(shù)管的RDS增大，即表針向左擺動(dòng);少數(shù)管的RDS減小，使表針向右擺動(dòng)。但無(wú)論表針擺動(dòng)方向如何，只要表針擺動(dòng)幅度較大，就說(shuō)明管有較大的放大能力。第二，此方法對(duì)MOS場(chǎng)效應(yīng)管也適用。但要注意，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸人電阻高，柵極G允許的感應(yīng)電壓不應(yīng)過(guò)高，所以不要直接用手去捏柵極，必須用于握螺絲刀的絕緣柄，用金屬桿去碰觸柵極，以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極，引起柵極擊穿。第三，每次測(cè)量完畢，應(yīng)當(dāng)G-S極間短路一下。這是因?yàn)镚-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷，建立起VGS電壓，造成再進(jìn)行測(cè)量時(shí)表針可能不動(dòng)，只有將G-S極間電荷短路放掉才行。
4)用測(cè)電阻法判別無(wú)標(biāo)志的場(chǎng)效應(yīng)管
首先用測(cè)量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳，也就是源極S和漏極D，余下兩個(gè)腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測(cè)的源極S與漏極D之間的電阻值記下來(lái)，對(duì)調(diào)表筆再測(cè)量一次，把其測(cè)得電阻值記下來(lái)，兩次測(cè)得阻值較大的一次，黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來(lái)的S、D極，還可以用估測(cè)其管的放大能力的方法進(jìn)行驗(yàn)證，即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是8極，兩種方法檢測(cè)結(jié)果均應(yīng)一樣。當(dāng)確定了漏極D、源極S的位置后，按D、S的對(duì)應(yīng)位置裝人電路，一般G1、G2也會(huì)依次對(duì)準(zhǔn)位置，這就確定了兩個(gè)柵極G1、G2的位置，從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。
5)用測(cè)反向電阻值的變化判斷跨導(dǎo)的大小
對(duì)VMOSN溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管測(cè)量跨導(dǎo)性能時(shí)，可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D，這就相當(dāng)于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開路的，管的反向電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬(wàn)用表的歐姆檔選在R×10kΩ的高阻檔，此時(shí)表內(nèi)電壓較高。當(dāng)用手接觸柵極G時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化，其變化越大，說(shuō)明管的跨導(dǎo)值越高;如果被測(cè)管的跨導(dǎo)很小，用此法測(cè)時(shí)，反向阻值變化不大。
1)為了安全使用場(chǎng)效應(yīng)管，在線路的設(shè)計(jì)中不能超過(guò)管的耗散功率，最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數(shù)的極限值。
2)各類型場(chǎng)效應(yīng)管在使用時(shí)，都要嚴(yán)格按要求的偏置接人電路中，要遵守場(chǎng)效應(yīng)管偏置的極性。如結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源漏之間是PN結(jié)，N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負(fù)偏壓，等等。
3)MOS場(chǎng)效應(yīng)管由于輸人阻抗極高，所以在運(yùn)輸、貯藏中必須將引出腳短路，要用金屬屏蔽包裝，以防止外來(lái)感應(yīng)電勢(shì)將柵極擊穿。尤其要注意，不能將MOS場(chǎng)效應(yīng)管放人塑料盒子內(nèi)，保存時(shí)最好放在金屬盒內(nèi)，同時(shí)也要注意管的防潮。
4)為了防止場(chǎng)效應(yīng)管柵極感應(yīng)擊穿，要求一切測(cè)試儀器、工作臺(tái)、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時(shí)，先焊源極;在連入電路之前，管的全部引線端保持互相短接狀態(tài)，焊接完后才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時(shí)，應(yīng)以適當(dāng)?shù)姆绞酱_保人體接地如采用接地環(huán)等;當(dāng)然，如果能采用先進(jìn)的氣熱型電烙鐵，焊接場(chǎng)效應(yīng)管是比較方便的，并且確保安全;在未關(guān)斷電源時(shí)，絕對(duì)不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)必須注意。
5)在安裝場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，注意安裝的位置要盡量避免靠近發(fā)熱元件;為了防管件振動(dòng)，有必要將管殼體緊固起來(lái);管腳引線在彎曲時(shí)，應(yīng)當(dāng)大于根部尺寸5毫米處進(jìn)行，以防止彎斷管腳和引起漏氣等。
對(duì)于功率型場(chǎng)效應(yīng)管，要有良好的散熱條件。因?yàn)楣β市蛨?chǎng)效應(yīng)管在高負(fù)荷條件下運(yùn)用，必須設(shè)計(jì)足夠的散熱器，確保殼體溫度不超過(guò)額定值，使器件長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作。
總之，確保場(chǎng)效應(yīng)管安全使用，要注意的事項(xiàng)是多種多樣，采取的安全措施也是各種各樣，廣大的專業(yè)技術(shù)人員，特別是廣大的電子愛好者，都要根據(jù)自己的實(shí)際情況出發(fā)，采取切實(shí)可行的辦法，安全有效地用好場(chǎng)效應(yīng)管。
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