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最全面场效应管工作原理文章大全知识-初学入门必学

信息来源:本站 日期:2017-09-27 

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场效应管原理

场效应晶体管通常简称为场效应管,是一种应用场效应原理工作的半导体器件,外形如图4.21所示。和普通双极型晶体管相比拟,场效应管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特性,得到了越来越普遍的应用。

场效应管原理

场效应管的品种很多,主要分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类,又都有N沟道和P沟道之分。

绝缘栅场效应管也叫做金属氧化物半导体场效应管,简称为MOS场效应管,分为耗尽型MOS管和加强型MOS管。

场效应管还有单栅极管和双栅极管之分。双栅场效应管具有两个相互独立的栅极G1和G2,从构造上看相当于由两个单栅场效应管串联而成,其输出电流的变化受到两个栅极电压的控制。双栅场效应管的这种特性,在作为高频放大器、增益控制放大器、混频器和解调器运用时会带来很大便当。

怎样识别场效应管

场效应管的文字符号为“VT”,图形符号如图4-22所示。

场效应管原理

场效应管普通具有3个引脚,分别是栅极G、源极s和漏极D,它们的功用分别对应于双极型晶体管的基极b、发射极e和集电极c。由于场效应管的源极s和漏极D是对称的,实践运用中能够互换。双栅极场效应管具有4个引脚,分别是栅极G1和G2、源极S和漏极D。常用场效应管的引脚如图4-23所示,运用中应注意识别。

场效应管原理

场效应管有什么特点

场效应管的特点由栅极电压UG控制其漏极电流ID。和普通双极型晶体管相比拟,场效应管具有输入阻抗高、噪声低、动态范围大、功耗小、易于集成等特性。

场效应管的基本工作原理如图4- 24所示(以结型N沟道管为例)。由于栅极G接有负偏压(-UG),在G左近构成耗尽层。

场效应管原理

当负偏压(-UG)的绝对值增大时,耗尽层增大,沟道减小,漏极电流ID减小。当负偏压(-Uc)的绝对值减小时,耗尽层减小,沟道增大,漏极电流ID增人。可见,漏极电流ID受栅极电压的控制,所以场效应管是电压控制型器件,即经过输入电压的变化来控制输出电流的变化,从而到达放大等目的。

和双极型晶体管一样,场效应管用于放大等电路时,其栅极也应加偏置电压。

结型场效应管的栅极应加反向偏置电压,即N沟道管加负栅压,P沟道管加正栅压。加强型绝缘栅场效应管应加正向栅压。耗尽型绝缘栅场效应管的栅压可正、可负、可为“0”,见表4-2。加偏置的办法有固定偏置法、自给偏置法、直接耦合法等。

场效应管原理

怎样理解场效应管的参数

场效应管的参数很多,包括直流参数、交流参数和极限参数,但普通运用时只需关注以下主要参数:饱和漏源电流IDss、夹断电压Ue,(结型管和耗尽型绝缘栅管)或开启电压JT(加强型绝缘栅管)、跨导gm、漏源击穿电压BUDS最大耗散功率PDSM和最大漏源电流IDSM。

(1)饱和漏源电流

饱和漏源电流IDSS是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=O时的漏源电流。

(2)夹断电压

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。
场效应管原理
场效应管原理

(3)开启电压

开启电压UT是指加强型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚导通时的栅极电压。如图4-27所示为N沟道管的UGS-ID曲线,可明白看出UT的意义。如图4-28所示为P沟道管的UGS-ID曲线。

场效应管原理

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(4)跨导

跨导gm,是表示栅源电压UGS对漏极电流ID的控制才能,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化餐的比值。gm是权衡场效应管放大才能的重要参数。

(5)漏源击穿电压

漏源击穿电压BUDS是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能接受的最大漏源电压。这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必需小于BUDS。

(6)最大耗散功率

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)最大漏源电流

最大漏源电流IDSM是另一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许经过的最大电流。场效应管的工作电流不应超越IDSM。场效应管的主要作用是放大、恒流、阻抗变换、可变电阻和电子开关等。

场效应管有哪些用途

(1)放大

场效应管具有放大作用。如图4-29所示为场效应管放大器,输入信号Ui经C1耦合至场效应管VT的栅极,与原来的栅极负偏压相叠加,使其漏极电流ID相应变化,并在负载电阻RD上产生压降,经C2隔离直流后输出,在输出端即得到放大了的信号电压Uo。ID与Ui同相,Uo与ui反相。由于场效府管放大器的输入阻抗很高,因而耦合电容能够容最较小,不用运用电解电容器。

场效应管原理

(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Up为场效应管夹断电压。

场效应管原理

(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。
场效应管原理

(4)可变电阻

场效应管能够用作可变电阻。如图4-32所示为自动电平控制电路,当输人信号Ui增大招致Uo增大时,由Uo经二极管VD负向整流后构成的栅极偏压-UG的绝对值也增大,使场效应管VT的等效电阻增大,R1与其的分压比减小,使进入放大器的信号电压减小,最终使Uo坚持根本不变。

场效应管原理

(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。
场效应管原理

怎样选用场效应管

常用场效应管主要有结型场效应管、耗尽型绝缘栅场效应管、加强型绝缘栅场效应管、双栅场效应管、功率场效应管等。

(1)结型场效应管

结型场效应管因其具有两个PN结而得名。结型场效应管正常工作时,栅极应加负偏压(相对漏极而言)。关于N沟道结型场效应管,漏极加正电压,栅极加负电压。关于P沟道结型场效应管,漏极加负电压,栅极加正电压。

场效应管原理

结型场效应管的性能特性是当栅极电压UGS=0时管子导通,漏极电流ID到达最大值。栅极电压的绝对值越大ID越小,直至管子截止。如图4-34所示为结型场效应管的转移特性曲线(UGS-ID曲线)。

结型场效应管具有很高的输入阻抗,为107~lO9Q。常用结型场效应管有3DJ系列,以及进口的2SJ系列和2SK系列等。

(2)耗尽型绝缘栅场效应管

绝缘栅场效应管因栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层而得名,分为耗尽型绝缘栅场效应管和加强型绝缘栅场效应管两类。绝缘栅场效应管具有极高的输入阻抗,为109~1015Ω。

耗尽型绝缘栅场效应管的性能特性是当栅极电压UGS=O时管子有一定的漏极电流ID。关于N沟道耗尽型绝缘栅场效应管,漏极加正电压,栅极电压从“0”逐步上升时漏极电流ID逐步增大,栅极电压从“o”逐步降落时漏极电流ID逐步减小直至截止。列于P沟道耗尽型绝缘栅场效应管,漏极加负电压,栅极电压从“0”逐步降落时漏极电流In逐步增大,栅极电压从“o”逐步上升时漏极电流ID逐步减小直至截止。

如图4-35所示为耗尽型绝缘栅场效应管的转移特性曲线(UGS - ID曲线)。常用耗尽型绝缘栅场效应管有3D01、3D02、3D04等。

(3)加强型绝缘栅场效应管

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

加强型绝缘栅场效应管的性能特性是当栅极电压UGS=0时管子截止。栅极电压的绝对值到达开启电压UT时开端有漏极电流ID,栅极电压的绝对值越大漏极电流ID越大。

如图4-36所示为加强型绝缘栅场效应管的转移特性曲线(UGS-ID曲线)。常用的加强型绝缘栅场效应管有3CO1、3C02、3CO3、3CO6、3DO3, 3DO6等。

(4)双栅场效应管

双栅场效应管的特性是具有两个相互独立的栅极G1和G2,从构造上看相当于两个单栅场效应管的串联体,如图4-37所示。

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。
双栅场效应管也有结型和绝缘栅型、N沟道和P沟道之分。常用结型双栅场效应管有4DJ系列,常用绝缘栅型双栅场效应管有4DO系列等。

(5)功率场效应管

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

功率场效应管是一种性能优秀的电压控制型功率开关器件,具有输入阻抗高、驱动电流小、电压增益高、耐1i;高、工作电流大、输出功率大、开关速度快、导通电阻小、热稳定性好、过载才能强等特性,在功率放大器、开关电源、逆变器、电动机控制和调速等场所应用普遍。

常用功率场效应管有M'系列、VN系列、IRF系列等。

怎样检测场效应管

场效应管能够用万用表电阻挠停止引脚辨认和检测。

(1)引脚辨认与检测

结型场效应管的引脚辨认办法如图4-38所示,将万用表置于“RXlk”挡,用两表笔分别丈量每两个引脚间的正、反向电阻。当某两个引脚间的正、反向电阻相等,均为数千欧时,则这两个引脚为漏极D和源极s(可互换),余下的一个引足迹为栅极G。

(2)辨别N沟道场效应管和P沟道场效应管

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。
场效应管原理
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(3)估测结型场效应管放大才能

将万用表置于“RX100”挡,两表笔分别接漏极D和源极S,然后用手捏住栅极G(注入人体感应电压),表针应向左或向右摆动,如图4-40所示。表针摆动幅度越大阐明场效应管的放大才能越大。假如表针不动,阐明该管已坏。

(4)估测绝缘栅场效应管放大才能

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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