場效應(yīng)管
場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應(yīng)管。主要有兩種類型(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(metal-oxide semiconductor FET,簡稱MOS-FET)。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高(107~1015Ω)、噪聲小、功耗低、動態(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,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。場效應(yīng)管(FET)是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件,并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。FET 英文為Field Effect Transistor,簡寫成FET。
場效應(yīng)管的特點
與雙極型晶體管相比,場效應(yīng)管具有如下特點。
(1)場效應(yīng)管是電壓控制器件,它通過VGS(柵源電壓)來控制ID(漏極電流);
(2)場效應(yīng)管的控制輸入端電流極小,因此它的輸入電阻(107~1012Ω)很大。
(3)它是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,因此它的溫度穩(wěn)定性較好;
(4)它組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù);
(5)場效應(yīng)管的抗輻射能力強;
(6)由于它不存在雜亂運動的電子擴(kuò)散引起的散粒噪聲,所以噪聲低。
場效應(yīng)管工作原理
場效應(yīng)管工作原理用一句話說,就是“漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID,用以柵極與溝道間的pn結(jié)形成的反偏的柵極電壓控制ID”。更正確地說,ID流經(jīng)通路的寬度,即溝道截面積,它是由pn結(jié)反偏的變化,產(chǎn)生耗盡層擴(kuò)展變化控制的緣故。在VGS=0的非飽和區(qū)域,表示的過渡層的擴(kuò)展因為不很大,根據(jù)漏極-源極間所加VDS的電場,源極區(qū)域的某些電子被漏極拉去,即從漏極向源極有電流ID流動。從門極向漏極擴(kuò)展的過度層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型,ID飽和。將這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過渡層將溝道的一部分阻擋,并不是電流被切斷。
在過渡層由于沒有電子、空穴的自由移動,在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性,通常電流也難流動。但是此時漏極-源極間的電場,實際上是兩個過渡層接觸漏極與門極下部附近,由于漂移電場拉去的高速電子通過過渡層。因漂移電場的強度幾乎不變產(chǎn)生ID的飽和現(xiàn)象。其次,VGS向負(fù)的方向變化,讓VGS=VGS(off),此時過渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDS的電場大部分加到過渡層上,將電子拉向漂移方向的電場,只有靠近源極的很短部分,這更使電流不能流通。
(一)MOS場效應(yīng)管電源開關(guān)電路
MOS場效應(yīng)管也被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductor FieldEffect Transistor, MOSFET)。它一般有耗盡型和增強型兩種。增強型MOS場效應(yīng)管可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型,PNP型也叫P溝道型。對于N溝道的場效應(yīng)管其源極和漏極接在N型半導(dǎo)體上,同樣對于P溝道的場效應(yīng)管其源極和漏極則接在P型半導(dǎo)體上。場效應(yīng)管的輸出電流是由輸入的電壓(或稱電場)控制,可以認(rèn)為輸入電流極小或沒有輸入電流,這使得該器件有很高的輸入阻抗,同時這也是我們稱之為場效應(yīng)管的原因。
在二極管加上正向電壓(P端接正極,N端接負(fù)極)時,二極管導(dǎo)通,其PN結(jié)有電流通過。這是因為在P型半導(dǎo)體端為正電壓時,N型半導(dǎo)體內(nèi)的負(fù)電子被吸引而涌向加有正電壓的P型半導(dǎo)體端,而P型半導(dǎo)體端內(nèi)的正電子則朝N型半導(dǎo)體端運動,從而形成導(dǎo)通電流。同理,當(dāng)二極管加上反向電壓(P端接負(fù)極,N端接正極)時,這時在P型半導(dǎo)體端為負(fù)電壓,正電子被聚集在P型半導(dǎo)體端,負(fù)電子則聚集在N型半導(dǎo)體端,電子不移動,其PN結(jié)沒有電流通過,二極管截止。在柵極沒有電壓時,由前面分析可知,在源極與漏極之間不會有電流流過,此時場效應(yīng)管處與截止?fàn)顟B(tài)(圖7a)。當(dāng)有一個正電壓加在N溝道的MOS場效應(yīng)管柵極上時,由于電場的作用,此時N型半導(dǎo)體的源極和漏極的負(fù)電子被吸引出來而涌向柵極,但由于氧化膜的阻擋,使得電子聚集在兩個N溝道之間的P型半導(dǎo)中,從而形成電流,使源極和漏極之間導(dǎo)通。可以想像為兩個N型半導(dǎo)體之間為一條溝,柵極電壓的建立相當(dāng)于為它們之間搭了一座橋梁,該橋的大小由柵壓的大小決定。
(二)C-MOS場效應(yīng)管(增強型MOS場效應(yīng)管)
電路將一個增強型P溝道MOS場效應(yīng)管和一個增強型N溝道MOS場效應(yīng)管組合在一起使用。當(dāng)輸入端為低電平時,P溝道MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源正極接通。當(dāng)輸入端為高電平時,N溝道MOS場效應(yīng)管導(dǎo)通,輸出端與電源地接通。在該電路中,P溝道MOS場效應(yīng)管和N溝道MOS場效應(yīng)管總是在相反的狀態(tài)下工作,其相位輸入端和輸出端相反。通過這種工作方式我們可以獲得較大的電流輸出。同時由于漏電流的影響,使得柵壓在還沒有到0V,通常在柵極電壓小于1到2V時,MOS場效應(yīng)管既被關(guān)斷。不同場效應(yīng)管其關(guān)斷電壓略有不同。也正因為如此,使得該電路不會因為兩管同時導(dǎo)通而造成電源短路。
場效應(yīng)管的維修檢測
測量場效應(yīng)管的好壞一般采用數(shù)字萬用表的二極管(蜂鳴擋)。測量前須將三只引腳短接放電,避免測量中發(fā)生誤差。用兩表筆任意觸碰場效應(yīng)管的三只引腳中的兩只,好的場效應(yīng)管測量結(jié)果應(yīng)只有一次有讀數(shù),并且在 400~800 之間。如果在最終測量結(jié)果中測得只有一次有讀數(shù),并且為“0”時,或者測量結(jié)果中有兩次讀數(shù),須用小鑷子短接該組引腳重新進(jìn)行測量。如果重測后阻值在 400~800 之間說明場效應(yīng)管正常。如果其中有一組數(shù)據(jù)為0,則場效應(yīng)管已經(jīng)被擊穿。
場效應(yīng)管的檢測步驟如下:
(1)首先觀察待測場效應(yīng)管外觀,看待測場效應(yīng)管是否完好,如果存在燒焦或針腳斷裂等情況說明場效應(yīng)管已發(fā)生損壞,如圖1所示,本次待測的場效應(yīng)管外型完好沒有明顯的物理損壞。
(2)待測場效應(yīng)管外型完好沒有明顯損壞需進(jìn)一步進(jìn)行測量,用一小鑷子夾住待測場效應(yīng)管用熱風(fēng)焊臺將待測場效應(yīng)管焊下。
(3)將場效應(yīng)管從主板中卸下后,須用小刻刀清潔待測場效應(yīng)管的引腳,如圖2所示。去除引腳上的污物,避免因油污的隔離作用影響測量時的準(zhǔn)確性。
(4)清潔完成后,用小鑷子對待側(cè)場效應(yīng)管進(jìn)行放電避免殘留電荷對檢測的影響(場效應(yīng)管極易存儲電荷)如圖3所示。
(5)選擇數(shù)字萬用表的 “二極管”擋,如圖4所示。
(6)將黑表筆接待測場效應(yīng)管左邊的第一只引腳,用紅表筆分別去測與另外兩只引腳間的阻值,如圖5所示。兩次檢測均為無窮大。
(7)將黑表筆接中間的引腳,用紅表筆分別去測與另外兩只引腳間的阻值,如圖6所示。
(8)將黑表筆接在第三只引腳上,用紅筆筆分別去測另外兩只引腳與該引腳間的阻值如圖7所示。
(9)由于測量的場效應(yīng)管的三只引腳中的任意兩只引腳的阻值,只有一次有讀(540),且阻值在 400~800 之間,因此判斷此場效應(yīng)管正常。
烜芯微專業(yè)制造二三極管20年,工廠直銷省20%,1500家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用,專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報價以及產(chǎn)品介紹
烜芯微專業(yè)制造二三極管20年,工廠直銷省20%,1500家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用,專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報價以及產(chǎn)品介紹