場(chǎng)效應(yīng)管識(shí)別與測(cè)量課件

元器件識(shí)別與測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管的識(shí)別與測(cè)量一、場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)知識(shí)1、什么是場(chǎng)效應(yīng)管？場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱FET，是一種帶有PN結(jié)的新型半導(dǎo)體器件，與晶體三極管的控制原理不同，是通過電壓來(lái)控制輸出電流的，是電壓控制器件，是單極型三極管。

場(chǎng)效應(yīng)管一般由三個(gè)電極組成，其中G極為柵極（也稱控制極），D極為漏極（也稱供電極），S極為源極（也稱輸出極），它們的功能分別對(duì)應(yīng)于雙極型晶體管的基極B，電極C和發(fā)射極E集，由于場(chǎng)效應(yīng)管的源極S和漏極D是對(duì)稱的實(shí)際使用中可以互換。2、

場(chǎng)效應(yīng)管與三極管主要區(qū)別：

場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻遠(yuǎn)大于三極管輸入電阻。場(chǎng)效應(yīng)管是單極型器件(三極管是雙極型器件)。3、

場(chǎng)效應(yīng)管是另一種具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件，從制做工藝的結(jié)法上分為兩大類型：第一類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）第二類：絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）又稱：金屬一氧化物一半導(dǎo)體型（MOSFET）;簡(jiǎn)稱MOS型場(chǎng)效應(yīng)管。其中MOS場(chǎng)效管具有制造工藝簡(jiǎn)單，占用芯片面積小，器件的特性便于控制等特點(diǎn)。因此MOS管是當(dāng)前制造超大規(guī)模集成電路的主要有源器件，并且已開發(fā)出許多有發(fā)展前景的新電路技術(shù)。32、場(chǎng)效應(yīng)管的作用1）、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。

2）、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。

3）、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。

4）、場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。

5）、場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。4、MOS場(chǎng)效應(yīng)管的分類

MOS管又分為增強(qiáng)型（EMOS）兩種耗盡型（DMOS）每一種又有N溝道型

P溝道型所以一共有四種：

N溝道增強(qiáng)型（NEMOS）P溝道增強(qiáng)型（PEMOS）

N溝道耗盡型（NDMOS）P溝道耗盡型（PDMOS）55、場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn):

具有輸入電阻高（100000000～1000000000Ω）、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn)。6、場(chǎng)效應(yīng)管的作用：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。場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。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。場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻。場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。7、場(chǎng)效應(yīng)管外形的識(shí)別塑料封裝場(chǎng)效應(yīng)管7金屬封裝場(chǎng)效應(yīng)管8N+N+P+P+PUSGD（1）、增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管N溝道EMOSFET結(jié)構(gòu)示意圖源極漏極襯底極SiO2絕緣層金屬柵極P型硅襯底l溝道長(zhǎng)度W溝道寬度8、場(chǎng)效管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)S(Source)D(Drain)G(Gate)PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+SGUD電路符號(hào)N

溝道EMOS管

P溝道EMOS管+-

VGSVDS+-NN+P+SGDUP+N溝道EMOS管與P溝道EMOS管工作原理相似。即VDS<0、VGS<0外加電壓極性相反、電流ID

流向相反。不同之處：電路符號(hào)中的箭頭方向相反。SGUDID場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)在有些大功率MOSFET管中的G-S極間或D-S極間增加了保護(hù)二極管，以保護(hù)管子不致于被靜電擊穿，這種管子的電路圖符號(hào)如圖所示。12MOS管僅依靠一種載流子(多子)導(dǎo)電，故稱單極型器件。

三極管中多子、少子同時(shí)參與導(dǎo)電，故稱雙極型器件。利用半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)，通過柵源電壓VGS

的變化，改變感生電荷的多少，從而改變感生溝道的寬窄，控制漏極電流ID。9、MOSFET工作原理：

NEMOS管輸出特性曲線

非飽和區(qū)特點(diǎn)：ID

同時(shí)受VGS

與VDS

的控制。當(dāng)VGS為常數(shù)時(shí)，VDS

ID近似線性

，表現(xiàn)為一種電阻特性；當(dāng)VDS為常數(shù)時(shí)，VGS

ID

，表現(xiàn)出一種壓控電阻的特性。溝道預(yù)夾斷前對(duì)應(yīng)的工作區(qū)。條件：VGS>VGS(th)V

DS<VGS–VGS(th)因此，非飽和區(qū)又稱為可變電阻區(qū)。

ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V注意：非飽和區(qū)相當(dāng)于三極管的飽和區(qū)。

10、場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線

飽和區(qū)特點(diǎn)：

ID

只受VGS

控制，而與VDS

近似無(wú)關(guān)，表現(xiàn)出類似三極管的正向受控作用。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V溝道預(yù)夾斷后對(duì)應(yīng)的工作區(qū)。條件：VGS>VGS(th)V

DS>VGS–VGS(th)考慮到溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng)，輸出特性曲線隨VDS

的增加略有上翹。注意：飽和區(qū)(又稱有源區(qū))對(duì)應(yīng)三極管的放大區(qū)。

截止區(qū)特點(diǎn)：相當(dāng)于MOS管三個(gè)電極斷開。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V溝道未形成時(shí)的工作區(qū)條件：VGS<VGS(th)ID=0以下的工作區(qū)域。IG

0，ID

0

擊穿區(qū)VDS

增大到一定值時(shí)

漏襯PN結(jié)雪崩擊穿

ID劇增。VDS

溝道l

對(duì)于l較小的MOS管

穿通擊穿。

NEMOS管轉(zhuǎn)移特性曲線VGS(th)=3VVDS

=5V轉(zhuǎn)移特性曲線反映VDS

為常數(shù)時(shí)，VGS

對(duì)ID

的控制作用，可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5VVDS

=5VID/mAVGS/VO12345轉(zhuǎn)移特性曲線中，ID=0時(shí)對(duì)應(yīng)的VGS

值，即開啟電壓VGS(th)。

襯底效應(yīng)集成電路中，許多MOS管做在同一襯底上，為保證U與S、D之間PN結(jié)反偏，襯底應(yīng)接電路最低電位(N溝道)或最高電位(P溝道)。若|VUS|-+VUS耗盡層中負(fù)離子數(shù)

VUS

=0ID/mAVGS/VO-2V-4VPP+N+N+SGDUVDSVGS-+-+阻擋層寬度

由于MOS管COX

很小，因此當(dāng)帶電物體(或人)靠近金屬柵極時(shí)，感生電荷在SiO2

絕緣層中將產(chǎn)生很大的電壓VGS(=Q/COX)，使絕緣層擊穿，造成MOS管永久性損壞。MOS管保護(hù)措施：分立的MOS管：各極引線短接、烙鐵外殼接地。MOS集成電路：TD2D1D1、D2

一方面限制VGS

間最大電壓，同時(shí)對(duì)感生電荷起旁路作用。

11、耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管SGUDIDSGUDIDPP+N+SGDUN+N溝道DMOSNN+P+SGDUP+P溝道DMOSDMOS管結(jié)構(gòu)VGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道已存在對(duì)比增強(qiáng)型？溝道線是實(shí)線DMOSFET(DepletionNMOSFET)耗盡型DMOSFET(DepletionNMOSFET)與增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的區(qū)別

增強(qiáng)型MOSFET:VGS=0時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道。耗盡型MOSFET:VGS=0時(shí)，就存在導(dǎo)電溝道。制造時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入了大量正離子(如Na++或K++)，正離子的作用如同加正柵壓一樣，在P型襯底表面產(chǎn)生垂直于襯底的自建電場(chǎng)，排斥空穴，吸引電子，從而形成導(dǎo)電溝道。

NDMOS管伏安特性ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=1V-1.5V-1V-0.5V0V0.5V-1.8VID/mAVGS/VOVGS(th)VDS>0，VGS

正、負(fù)、零均可。外部工作條件：DMOS管在飽和區(qū)與非飽和區(qū)的ID表達(dá)式與EMOS管相同。PDMOS與NDMOS的差別僅在于電壓極性與電流方向相反。12、四種MOS場(chǎng)效應(yīng)管比較

電路符號(hào)及電流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOS

轉(zhuǎn)移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極1、結(jié)構(gòu)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道（二）、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的原理243.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JunctionFieldEffectTransistor)簡(jiǎn)稱JFET，有N溝道JFET和P溝道JFET之分。結(jié)構(gòu)圖：源極和漏極是可以互換的。NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS26PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS27

N溝道JFET管外部工作條件VDS>0(保證柵漏PN結(jié)反偏)VGS<0(保證柵源PN結(jié)反偏)2、JFET管工作原理P+P+NGSD

+

VGSVDS+-柵-源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負(fù)電壓？UGS（off）漏-源電壓對(duì)漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預(yù)夾斷uGD＝UGS（off）VDD的增大，幾乎全部用來(lái)克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）利用半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)，通過柵源電壓VGS的變化，改變阻擋層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的寬窄，控制漏極電流ID。JFET工作原理：綜上所述，JFET與MOSFET工作原理相似，它們都是利用電場(chǎng)效應(yīng)控制電流，不同之處僅在于導(dǎo)電溝道形成的原理不同。

NJFET輸出特性

非飽和區(qū)(可變電阻區(qū))特點(diǎn)：ID

同時(shí)受VGS

與VDS

的控制。條件：VGS>VGS(off)V

DS<VGS–VGS(off)3、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線伏安特性曲線線性電阻：ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V

飽和區(qū)(放大區(qū))特點(diǎn)：ID

只受VGS

控制，而與VDS

近似無(wú)關(guān)。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V數(shù)學(xué)模型：條件：VGS>VGS(off)V

DS>VGS–VGS(off)在飽和區(qū)，JFET的ID

與VGS

之間也滿足平方律關(guān)系，但由于JFET與MOS管結(jié)構(gòu)不同，故方程不同。

截止區(qū)特點(diǎn)：溝道全夾斷的工作區(qū)條件：VGS<VGS(off)IG

0，ID=0

擊穿區(qū)VDS

增大到一定值時(shí)近漏極PN結(jié)雪崩擊穿ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V

造成

ID

劇增。VGS

越負(fù)則VGD

越負(fù)相應(yīng)擊穿電壓V(BR)DS

越小

JFET轉(zhuǎn)移特性曲線同MOS管一樣，JFET的轉(zhuǎn)移特性也可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到(略)。

ID=0時(shí)對(duì)應(yīng)的VGS

值

夾斷電壓VGS(off)。VGS(off)ID/mAVGS/VOIDSS(N溝道JFET)ID/mAVGS/VOIDSSVGS(off)

(P溝道JFET

)VGS=0時(shí)對(duì)應(yīng)的ID

值

飽和漏電流IDSS。二、各類場(chǎng)效應(yīng)管的比較1、各類FET管VDS、VGS

極性比較VDS極性與ID

流向僅取決于溝道類型VGS

極性取決于工作方式及溝道類型由于FET類型較多，單獨(dú)記憶較困難，現(xiàn)將各類FET管VDS、VGS

極性及ID

流向歸納如下：N溝道FET：VDS>0，ID

流入管子漏極。P溝道FET：VDS<0，ID

自管子漏極流出。JFET管：VGS

與VDS

極性相反。增強(qiáng)型：VGS

與VDS

極性相同。耗盡型：VGS

取值任意。MOSFET管2、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較（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。。３、

場(chǎng)效應(yīng)管與三極管比較項(xiàng)目

器件電極名稱工作區(qū)導(dǎo)電類型輸入電阻跨導(dǎo)三極管e極b極c極放大區(qū)飽和區(qū)雙極型小大場(chǎng)效應(yīng)管s極g極d極飽和區(qū)非飽和區(qū)單極型大?。矗畧?chǎng)效應(yīng)管使用注意事項(xiàng)：（1）場(chǎng)效應(yīng)管在使用中要注意電壓極性，工作電壓和電流的數(shù)值不能超過最大允許值。（2）為了防止柵極擊穿，要求一切測(cè)試儀電烙鐵都必須有外接地線，焊接時(shí)用小功率烙鐵迅速焊接，或切斷電流后利用余熱焊接，焊接時(shí)應(yīng)先焊源極，或焊接?xùn)艠O。（3）絕緣柵極效應(yīng)管的電壓阻抗極高，故不能在開路狀態(tài)下保存，即使不使用也應(yīng)將三個(gè)極短路，以防止將柵極擊穿，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管則可在開路狀態(tài)下保存。（4）MOS管不能用萬(wàn)用表檢查，必須用專門儀器測(cè)試。四、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或VT)

開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。②夾斷電壓VGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off)

時(shí),漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管,當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流40④輸入電阻RGS

場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管,RGS約是109～1015Ω。⑤低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。(相當(dāng)于普通晶體管的hEF

)，單位是mS(毫西門子)。⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。41⑦極限漏極電流ID是漏極能夠輸出的最大電流，相當(dāng)于普通三極管的ICM

，其值與溫度有關(guān)，通常手冊(cè)上標(biāo)注的是溫度為25℃時(shí)的值。一般指的是連續(xù)工作電流，若為瞬時(shí)工作電流，則標(biāo)注為IDM

，這個(gè)值通常大于ID

。⑧最大漏源電壓UDSS

是場(chǎng)效應(yīng)管漏源極之間可以承受的最大電壓(相當(dāng)于普通晶體管的最大反向工作電壓UCEO)，有時(shí)也用UDS表示。42五、場(chǎng)效應(yīng)管引腳的識(shí)別與測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管也有三個(gè)引腳，分別是柵極(又稱控制極)、源極、漏極3個(gè)端子。場(chǎng)效應(yīng)管可看作一只普通晶體三極管，柵極G對(duì)應(yīng)基極b，漏極D對(duì)應(yīng)集電極C，源極S對(duì)應(yīng)發(fā)射極E。N溝道對(duì)應(yīng)NPN型晶體管，P溝道對(duì)應(yīng)PNP晶體管。431、外觀引腳識(shí)別貼片式MOS管的引腳排列圖2、普通場(chǎng)效應(yīng)管外觀識(shí)別GDSSSDG散熱片散熱片

將場(chǎng)效應(yīng)管有字的一面朝上，管腳朝向我們自己，從左到右依次為：G、D、S（有少數(shù)相反為S、D、G）。453、場(chǎng)效應(yīng)管的測(cè)量(1)、coms場(chǎng)效應(yīng)管的極性判斷，好壞判斷：1）、電極的判斷測(cè)量

圖示使用數(shù)字萬(wàn)用表的二極管測(cè)量檔。柵極G與另外兩個(gè)電極的正反向測(cè)量均為無(wú)窮大。2）、漏極、源極與好壞的判斷。把數(shù)字萬(wàn)用表打到二極管檔，用兩表筆任意觸碰場(chǎng)效應(yīng)管的三只引腳，好的場(chǎng)效應(yīng)管最終測(cè)量結(jié)果只有一次有讀數(shù)，并且在300--800左右，如果在最終測(cè)量結(jié)果中測(cè)的只有一次有讀數(shù)，并且為0時(shí)須萬(wàn)用表短接場(chǎng)效應(yīng)管引腳，然后在測(cè)量一次，若又測(cè)得一組為300--800左右（漏極與源極間）讀數(shù)時(shí)此管也為好管。不符合以上規(guī)律的場(chǎng)效應(yīng)管均為壞管３）、溝道的判斷導(dǎo)通時(shí)黑筆接漏極、紅筆接源極的為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管；紅筆接漏極、黑筆接源極的為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管示意圖見上圖(2)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)

1）．電極的判別根據(jù)PN結(jié)的正、反向電阻值不同的現(xiàn)象可以很方便地判別出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的G、D、S極。方法一：將萬(wàn)用表置于“R×1

k”擋，任選兩電極，分別測(cè)出它們之間的正、反向電阻。若正、反向的電阻相等（約幾千歐），則該兩極為漏極D和源極S（結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的D、S極可互換）余下的則為柵極G。方法二：用萬(wàn)用表的黑筆任接一個(gè)電極，另一表筆依次接觸其余兩個(gè)電極，測(cè)其阻值。若兩次測(cè)得的阻值近似相等，則該黑筆接的為柵極G，余下的兩個(gè)為D極和S極。2）．放大倍數(shù)的測(cè)量將萬(wàn)用表置于“R×1

k”擋或“R×100”擋，兩只表筆分別接觸D極和S極，用手靠近或接觸G極，此時(shí)表針右擺，且擺動(dòng)幅度越大，放大倍數(shù)越大。對(duì)MOS管來(lái)說(shuō)，為防止柵極擊穿，一般測(cè)量前先在其G—S極間接一只幾兆歐的大電阻，然后按上述方法測(cè)量。．3）、判別JEET的好壞檢查兩個(gè)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，PN結(jié)正常，管子是好的，否則為壞的。測(cè)漏、源間的電阻RDS，應(yīng)約為幾千歐；若RDS→0或RDS→∞，則管子已損壞。測(cè)RDS時(shí)，用手靠近柵極G，表針應(yīng)有明顯擺動(dòng)，擺幅越大，管子的性能越好。六、場(chǎng)效應(yīng)管型號(hào)命名方法