場效應管的問題點解答.doc

場效應管的問題點解答1場效應管的性能與雙極型三極管比較具有哪些特點？答：場效應管是另一種半導體放大器件。在場效應管中只是多子參與導電，故稱為單極型三極管；而普通三極管參與導電的，既有多數(shù)載流子，又有少數(shù)載流子，故稱為雙極型三極管。由于少數(shù)載流子的濃度易受溫度的影響，因此，在溫度穩(wěn)定性、低噪聲等方面前者優(yōu)于后者。2雙極型三極管是電流控制器件，通過控制基極電流到達控制輸出電流的目的。因此，基極總有一定的電流，故三極管的輸人電阻較低；場效應管是電壓控制器件，其輸出電流決定于柵源極之間的電壓，柵極基本上不取電流，因此，它的輸入電阻很高，可達1091014。高輸入電阻是場效應管的突出優(yōu)點。3場效應管的漏極和源極可以互換，耗盡型絕緣柵管的柵極電壓可正可負，靈活性比雙極型三極管強。4 場效應管和三極管都可以用于放大或作可控開關。但場效應管還可以作為壓控電阻使用，可以在微電流、低電壓條件下工作。且便于集成。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應用極為廣泛。2場效應管的伏安特性如何表示？試以N溝道結型場效應管為例，說明場效應管的輸出特性曲線與雙極型三極管的輸出特性有和區(qū)別？答：場效應管的伏安特性用輸出特性（又稱漏極特性）Id=f(Vds)|Vgs=常數(shù)和轉移特性Id=f(Vgs)|Vds=常數(shù)表示。它們都反映了場效應管工作的同一物理過程，轉移特性可以直接從輸出特性上用作圖法一對應地求出。N溝道結型場效應管的輸出特性曲線與雙極型三極管的輸出特性相比有類似之處，但有區(qū)別，詳見表 132。3何為場效應管的開啟電壓Vt和夾斷電壓Vp? 在圖1.3.3(a)和(b)所示場效應管的輸出特性曲線上如何確定其值？答：對于增強型絕緣柵型場效應管(MOSFET)，在Vgs=0時不存在導電溝道，只有當Vgs達到開啟電壓Vt時才有漏極電流Id。因此，在輸出特性中， Id大于或等于零（即開始出現(xiàn)Id）時所對應的Vgs值即為開啟電壓計。一般，N溝道增強型MOSFET的Vt值為正值，P溝道的Vt值為負值。圖133（a）所示為P溝道增強型MOSFET的輸出特性曲線，由圖可知該管的開啟電壓Vt=-2V。對于結型場效應管（JFET）和耗盡型絕緣柵型場效應管（MOSFET），當Vgs=0時已存在導電溝道，柵源電壓Vgs等于夾斷電壓Vp時，溝道夾斷，漏極電流Id=0。一般N溝道FET的Vp值為負值，而P溝道FET的Vp值為正值。圖133（ b）所示為N溝道JFET的輸出特性曲線。根據(jù)以上分析，Id=0所對應的Vgs值為夾斷電壓，故Vp-5V。由于可變電阻區(qū)和飽和區(qū)的分界線是預夾斷點的軌跡，預夾斷時，Vgd=Vp。因此，在輸出特性上，用Vds的值來表示預夾斷點時，可求得：Vds=Vdg+Vgs=Vgs-Vgd=Vgs-Vp故由預夾斷軌跡，也可求得Vp。例如，在圖133（b）中，Vgs=OV那條曲線與預夾斷分界線交點所對應的Vds值就是-Vp，即-Vp=5V；而Vgs=-2V那條曲線與預夾斷分界線交點所對應的Vds值減去Vgs也是一Vp，可得出-Vp=Vds-Vgs=3V-(-2)V=5V。余此類推。4 場效應管有許多類型，它們的輸出特性及轉移特性各不相同，不同類型的場效應管各極間所加電壓極性也不相同，試總結它們的規(guī)律。答：場效應管的種類很多，有結型FET、耗盡型MOSFET、增強型MOSFET，每一類型又有P溝道和N溝道之分。各種類型場效應管的符號和特性曲線見表134（a）。為了保證它們工作在飽和區(qū)（即放大區(qū)）起放大作用，Vgs和Vds的極性有如下規(guī)律。1Vds值的極性取決于導電溝道的類型凡是N溝道，載流子是電子，欲使電子向漏極漂移運動，Vds必為正值；凡是P溝道，載流子是空穴，欲使空穴向漏極漂移運動，Vds必為負值。2Vgs值的極性取決于工作方式和導電溝道的類型對于結型場效應管，要求柵源極間加反向偏置電壓。如果是N溝道，柵極為P型半導體，為使PN結反偏，要求Vgs0；如果是P溝道，要求Vgs0。對于絕緣柵型MOSFET，如果是增強型N溝道，為了吸引電子形成N溝道，柵極必須加正電壓，即VgsO。如果是耗盡型N溝道，為了排斥溝道中的電子，使溝道變窄，柵極必須加負電壓，即Vgs0；為了加寬溝道，吸引更多電子到襯底表面來，柵極必須加正電壓，即VgsO；P溝道則相反。綜上所述，結型場效應管中。Vgs和Vds反極性；增強型MOFETS中Vgs與Vds同極性；耗盡型MOFETS中有兩種情況，視加寬還是縮減溝道而定，可以是正偏、零偏或反偏。見表l34（b）。3 Vp和Vt的正負極性取決于導電溝道類型結型場效應管和耗盡型MOSFET存在夾斷電壓Vp，N溝道Vp為負值，P溝道為正值；增強型MOSFET存在開啟電壓Vt，N溝道Vt為正值，P溝道為負值。5場效應管的工作原理與普通三極管不同，那么場效應管放大電路的偏置電路有何特點？它有幾種偏置方式？答：場效應管偏置電路的特點是：1場效應管是電壓控制器件，因此，放大電路只要求建立合適的偏置電壓V(GS)，不要求偏置電流；2不同類型的場效應管，對偏置電壓的極性有不同要求如JFET必須是反極性偏置，即V(GS)與V(DS)極性相反，增強MOSFET的V(GS)和V(DS)必須是同極性偏置，耗盡型MOSFET的V(GS)可正偏、零偏或反偏；3場效應管的跨導gm都較低，對放大性能不利，因此，必須設置較高的靜態(tài)工作點。為了減小靜態(tài)工作點受溫度變化的影響，常采用穩(wěn)定工作點的電路?；谏鲜鎏攸c，必須根據(jù)不同的場效應管選用不同的偏置電路。在分立元件的場效應管放大電路中，偏置電路有零偏壓、固定偏壓、自偏壓、混合偏置等形式；在集成電路平常采用不同的電流源作為偏置電路。零偏壓電路只適于耗盡型MOSFET放大電路；固定偏壓適于所有的場效應管放大電路；自偏壓適于JFET和耗盡型MOSFET放大電路；混合偏置既包含了固定偏壓又包含了自偏壓，適于所有的場效應管放大電路。表26l列出了場效應管放大電路的各種偏置電路及Q點計算式。6場效應管放大電路的組成原則與普通三極管電路價的組成原則基本相同。試判斷圖262所示的場效應管放大電路能否進行正常放大，并說明理由。答：判斷一個場效應管放大電路對輸入信號能否進行正常放大的原則，與判斷三極管放大電路對輸入信號能否進行正常放大的原則基本一樣，也就是要有適當?shù)闹绷髌煤陀袝惩ǖ男盘栞斎?、輸出回路。根?jù)此原則對圖262判斷如下。圖262（a）所示電路對信號不能正常放大，因為管子T為N溝邊結型場效應管，要求偏置電壓V(GS)0才能正常放大，而在本電路中V(GS)O。圖2。6。2（b）所示電路對信號不能正常放大，因為管子T為增獨型PMOS管，要大V(GS)0，V(DS)0，而且有正確的信號輸入、輸出回路，滿足了正常放大的基本條件。圖2.6.2(d)所示電路只要選擇適當?shù)撵o態(tài)工作點和有適當大小的輸入信號，就能保證該放大電路不失真地放大。因為，管子T為耗盡型NMOS管，電路采用自偏置結構，其偏置電壓V(GS)0，而且有正確的信號輸入、輸出回路，可滿足正常放大的基本條件。圖2.6.2(e)所示電路只要選擇適當?shù)撵o態(tài)工作點和有適當大小的輸入信號就能保證不失真的放大。因為，管子T為增強型PMOS管，電路采用電阻分壓式固定偏置方式，可通過選用合適的Rg1,Rg2,Rs獲得V(GS)=V(T)，而且V(DS)0，又有正確的信號輸入、輸出回路，可滿足正常放大的基本條件。場效應管的檢測和使用來源：21ic整理關鍵字：場效應管檢測一、用指針式萬用表對場效應管進行判別(1)用測電阻法判別結型場效應管的電極根據(jù)場效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結型場效應管的三個電極。具體方法：將萬用表撥在R1k檔上，任選兩個電極，分別測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時，則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個電極，測其電阻值。當出現(xiàn)兩次測得的電阻值近似相等時，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。若兩次測出的電阻值均很大，說明是PN結的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場效應管，且黑表筆接的是柵極;若兩次測出的電阻值均很小，說明是正向PN結，即是正向電阻，判定為P溝道場效應管，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行測試，直到判別出柵極為止。(2)用測電阻法判別場效應管的好壞測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法：首先將萬用表置于R10或R100檔，測量源極S與漏極D之間的電阻，通常在幾十歐到幾千歐范圍(在手冊中可知，各種不同型號的管，其電阻值是各不相同的)，如果測得阻值大于正常值，可能是由于內(nèi)部接觸不良;如果測得阻值是無窮大，可能是內(nèi)部斷極。然后把萬用表置于R10k檔，再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值，當測得其各項電阻值均為無窮大，則說明管是正常的;若測得上述各阻值太小或為通路，則說明管是壞的。要注意，若兩個柵極在管內(nèi)斷極，可用元件代換法進行檢測。(3)用感應信號輸人法估測場效應管的放大能力具體方法：用萬用表電阻的R100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，給場效應管加上1.5V的電源電壓，此時表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場效應管的柵極G，將人體的感應電壓信號加到柵極上。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。如果手捏柵極表針擺動較小，說明管的放大能力較差;表針擺動較大，表明管的放大能力大;若表針不動，說明管是壞的。根據(jù)上述方法，我們用萬用表的R100檔，測結型場效應管3DJ2F。先將管的G極開路，測得漏源電阻RDS為600，用手捏住G極后，表針向左擺動，指示的電阻RDS為12k，表針擺動的幅度較大，說明該管是好的，并有較大的放大能力。運用這種方法時要說明幾點：首先，在測試場效應管用手捏住柵極時，萬用表針可能向右擺動(電阻值減小)，也可能向左擺動(電阻值增加)。這是由于人體感應的交流電壓較高，而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同(或者工作在飽和區(qū)或者在不飽和區(qū))所致，試驗表明，多數(shù)管的RDS增大，即表針向左擺動;少數(shù)管的RDS減小，使表針向右擺動。但無論表針擺動方向如何，只要表針擺動幅度較大，就說明管有較大的放大能力。第二，此方法對MOS場效應管也適用。但要注意，MOS場效應管的輸人電阻高，柵極G允許的感應電壓不應過高，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，以防止人體感應電荷直接加到柵極，引起柵極擊穿。第三，每次測量完畢，應當G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會充有少量電荷，建立起VGS電壓，造成再進行測量時表針可能不動，只有將G-S極間電荷短路放掉才行。(4)用測電阻法判別無標志的場效應管首先用測量電阻的方法找出兩個有電阻值的管腳，也就是源極S和漏極D，余下兩個腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測的源極S與漏極D之間的電阻值記下來，對調(diào)表筆再測量一次，把其測得電阻值記下來，兩次測得阻值較大的一次，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的S、D極，還可以用估測其管的放大能力的方法進行驗證，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，兩種方法檢測結果均應一樣。當確定了漏極D、源極S的位置后，按D、S的對應位置裝人電路，一般G1、G2也會依次對準位置，這就確定了兩個柵極G1、G2的位置，從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。(5)用測反向電阻值的變化判斷跨導的大小對VMOS N溝道增強型場效應管測量跨導性能時，可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D，這就相當于在源、漏極之間加了一個反向電壓。此時柵極是開路的，管的反向電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在R10k的高阻檔，此時表內(nèi)電壓較高。當用手接觸柵極G時，會發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化，其變化越大，說明管的跨導值越高;如果被測管的跨導很小，用此法測時，反向阻值變化不大。二、.場效應管的使用注意事項(1)為了安全使用場效應管，在線路的設計中不能超過管的耗散功率，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)各類型場效應管在使用時，都要嚴格按要求的偏置接人電路中，要遵守場效應管偏置的極性。如結型場效應管柵源漏之間是PN結，N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負偏壓，等等。(3)MOS場效應管由于輸人阻抗極高，所以在運輸、貯藏中必須將引出腳短路，要用金屬屏蔽包裝，以防止外來感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意，不能將MOS場效應管放人塑料盒子內(nèi)，保存時最好放在金屬盒內(nèi)，同時也要注意管的防潮。(4)為了防止場效應管柵極感應擊穿，要求一切測試儀器、工作臺、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時，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，應以適當?shù)姆绞酱_保人體接地如采用接地環(huán)等;當然，如果能采用先進的氣熱型電烙鐵，焊接場效應管是比較方便的，并且確保安全;在未關斷電源時，絕對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