场效应管基础知识解析（二）

场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写（FET））简称场效应管。主要有两种类型（junction FET—JFET）和金属 - 氧化物半导体场效应管（metal-oxide semiconductor FET，简称MOS-FET）。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（107～1015Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应管（FET）是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型晶体管。FET 英文为Field Effect Transistor，简写成FET。

常见的场效应管

MOS场效应管

即金属-氧化物-半导体型场效应管，英文缩写为MOSFET （Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层，因此具有很高的输入电阻（最高可达1015Ω）。它也分N沟道管和P沟道管。通常是将衬底（基板）与源极S接在一起。根据导电方式的不同，MOSFET又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指：当VGS=0时管子是呈截止状态，加上正确的VGS后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。耗尽型则是指，当VGS=0时即形成沟道，加上正确的VGS时，能使多数载流子流出沟道，因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。

以N沟道为例，它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+，再分别引出源极S和漏极D。源极与衬底在内部连通，二者总保持等电位。当漏接电源正极，源极接电源负极并使VGS=0时，沟道电流（即漏极电流）ID=0。随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子，形成从漏极到源极的N型沟道，当VGS大于管子的开启电压VTN（一般约为+2V）时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID。

VMOS场效应管

VMOS场效应管（VMOSFET）简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽MOS场效应管。它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高（≥108W）、驱动电流小（左右0.1μA左右），还具有耐压高（最高可耐压1200V）、工作电流大（1.5A～100A）、输出功率高（1～250W）、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身，因此在电压放大器（电压放大倍数可达数千倍）、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。

众所周知，传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上，其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS管则不同，其两大结构特点：第一，金属栅极采用V型槽结构；第二，具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流动，而是自重掺杂N+区（源极S）出发，经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区，最后垂直向下到达漏极D。因为流通截面积增大，所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层，因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管。

使用优势

场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是既有多数载流子，也利用少数载流子导电，被称之为双极型器件。

有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比三极管好。

场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。

对比

场效应管与三极管的各自应用特点

1.场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于三极管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。

2.场效应管是电压控制电流器件，由vGS控制iD，其放大系数gm一般较小，因此场效应管的放大能力较差；三极管是电流控制电流器件，由iB（或iE）控制iC。

3.场效应管栅极几乎不取电流（ig»0）；而三极管工作时基极总要吸取一定的电流。因此场效应管的栅极输入电阻比三极管的输入电阻高。

4.场效应管是由多子参与导电；三极管有多子和少子两种载流子参与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。

5.场效应管在源极金属与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，β值将减小很多。

6.场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

7.场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但由于前者制造工艺简单，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。

8.三极管导通电阻大，场效应管导通电阻小，只有几百毫欧姆，在现用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效率是比较高的。

场效应管与双极性晶体管的比较

场效应管是电压控制器件，栅极基本不取电流，而晶体管是电流控制器件，基极必须取一定的电流。因此，在信号源额定电流极小的情况，应选用场效应管。

场效应管是多子导电，而晶体管的两种载流子均参与导电。由于少子的浓度对温度、辐射等外界条件很敏感，因此，对于环境变化较大的场合，采用场效应管比较合适。

场效应管除了和晶体管一样可作为放大器件及可控开关外，还可作压控可变线性电阻使用。

场效应管的源极和漏极在结构上是对称的，可以互换使用，耗尽型MOS管的栅——源电压可正可负。因此，使用场效应管比晶体管灵活。

主要参数

直流参数

饱和漏极电流IDSS它可定义为：当栅、源极之间的电压等于零，而漏、源极之间的电压大于夹断电压时，对应的漏极电流。

夹断电压UP它可定义为：当UDS一定时，使ID减小到一个微小的电流时所需的UGS。

开启电压UT它可定义为：当UDS一定时，使ID到达某一个数值时所需的UGS。

交流参数

交流参数可分为输出电阻和低频互导2个参数，输出电阻一般在几十千欧到几百千欧之间，而低频互导一般在十分之几至几毫西的范围内，特殊的可达100mS，甚至更高。

低频跨导gm它是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。

极间电容场效应管三个电极之间的电容，它的值越小表示管子的性能越好。

极限参数

①最大漏极电流是指管子正常工作时漏极电流允许的上限值，

②最大耗散功率是指在管子中的功率，受到管子最高工作温度的限制，

③最大漏源电压是指发生在雪崩击穿、漏极电流开始急剧上升时的电压，

④最大栅源电压是指栅源间反向电流开始急剧增加时的电压值。

除以上参数外，还有极间电容、高频参数等其他参数。

漏、源击穿电压当漏极电流急剧上升时，产生雪崩击穿时的UDS。

栅极击穿电压结型场效应管正常工作时，栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态，若电流过高，则产生击穿现象。

使用时主要关注的参数有：

1、IDSS—饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压UGS=0时的漏源电流。

2、UP—夹断电压。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。

3、UT—开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。

4、gM—跨导。是表示栅源电压UGS—对漏极电流ID的控制能力，即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM是衡量场效应管放大能力的重要参数。

5、BUDS—漏源击穿电压。是指栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BUDS。

6、PDSM—最大耗散功率。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。使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。

7、IDSM—最大漏源电流。是一项极限参数，是指场效应管正常工作时，漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM。

测量方法

电阻法测电极

根据场效应管的PN结正、反向电阻值不一样的现象，可以判别出结型场效应管的三个电极。

具体方法：将万用表拨在R×1k档上，任选两个电极，分别测出其正、反向电阻值。当某两个电极的正、反向电阻值相等，且为几千欧姆时，则该两个电极分别是漏极D和源极S。因为对结型场效应管而言，漏极和源极可互换，剩下的电极肯定是栅极G。也可以将万用表的黑表笔（红表笔也行）任意接触一个电极，另一只表笔依次去接触其余的两个电极，测其电阻值。当出现两次测得的电阻值近似相等时，则黑表笔所接触的电极为栅极，其余两电极分别为漏极和源极。若两次测出的电阻值均很大，说明是PN结的反向，即都是反向电阻，可以判定是P沟道场效应管，且黑表笔接的是栅极；若两次测出的电阻值均很小，说明是正向PN结，即是正向电阻，判定为N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。若不出现上述情况，可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试，直到判别出栅极为止。

电阻法测好坏

测电阻法是用万用表测量场效应管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极G1与栅极G2之间的电阻值同场效应管手册标明的电阻值是否相符去判别管的好坏。具体方法：首先将万用表置于R×10或R×100档，测量源极S与漏极D之间的电阻，通常在几十欧到几千欧范围（在手册中可知，各种不同型号的管，其电阻值是各不相同的），如果测得阻值大于正常值，可能是由于内部接触不良；如果测得阻值是无穷大，可能是内部断极。然后把万用表置于R×10k档，再测栅极G1与G2之间、栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻值，当测得其各项电阻值均为无穷大，则说明管是正常的；若测得上述各阻值太小或为通路，则说明管是坏的。要注意，若两个栅极在管内断极，可用元件代换法进行检测。

测放大能力

用感应信号法具体方法：用万用表电阻的R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，给场效应管加上1.5V的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应管的栅极G，将人体的感应电压信号加到栅极上。这样，由于管的放大作用，漏源电压VDS和漏极电流Ib都要发生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。

根据上述方法，用万用表的R×100档，测结型场效应管3DJ2F。先将管的G极开路，测得漏源电阻RDS为600Ω，用手捏住G极后，表针向左摆动，指示的电阻RDS为12kΩ，表针摆动的幅度较大，说明该管是好的，并有较大的放大能力。

运用这种方法时要说明几点：首先，在测试场效应管用手捏住栅极时，万用表针可能向右摆动（电阻值减小），也可能向左摆动（电阻值增加）。这是由于人体感应的交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同（或者工作在饱和区或者在不饱和区）所致，试验表明，多数管的RDS增大，即表针向左摆动；少数管的RDS减小，使表针向右摆动。但无论表针摆动方向如何，只要表针摆动幅度较大，就说明管有较大的放大能力。第二，此方法对MOS场效应管也适用。但要注意，MOS场效应管的输人电阻高，栅极G允许的感应电压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金属杆去碰触栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极，引起栅极击穿。第三，每次测量完毕，应当G-S极间短路一下。这是因为G-S结电容上会充有少量电荷，建立起VGS电压，造成再进行测量时表针可能不动，只有将G-S极间电荷短路放掉才行。

无标示管的判别

首先用测量电阻的方法找出两个有电阻值的管脚，也就是源极S和漏极D，余下两个脚为第一栅极G1和第二栅极G2。把先用两表笔测的源极S与漏极D之间的电阻值记下来，对调表笔再测量一次，把其测得电阻值记下来，两次测得阻值较大的一次，黑表笔所接的电极为漏极D；红表笔所接的为源极S。用这种方法判别出来的S、D极，还可以用估测其管的放大能力的方法进行验证，即放大能力大的黑表笔所接的是D极；红表笔所接地是S极，两种方法检测结果均应一样。当确定了漏极D、源极S的位置后，按D、S的对应位置装人电路，一般G1、G2也会依次对准位置，这就确定了两个栅极G1、G2的位置，从而就确定了D、S、G1、G2管脚的顺序。

判断跨导的大小

测反向电阻值的变化判断跨导的大小。对VMOSV沟道增强型场效应管测量跨导性能时，可用红表笔接源极S、黑表笔接漏极D，这就相当于在源、漏极之间加了一个反向电压。此时栅极是开路的，管的反向电阻值是很不稳定的。将万用表的欧姆档选在R×10kΩ的高阻档，此时表内电压较高。当用手接触栅极G时，会发现管的反向电阻值有明显地变化，其变化越大，说明管的跨导值越高；如果被测管的跨导很小，用此法测时，反向阻值变化不大。

注意事项

（1）为了安全使用场效应管，在线路的设计中不能超过管的耗散功率，最大漏源电压、最大栅源电压和最大电流等参数的极限值。

（2）各类型场效应管在使用时，都要严格按要求的偏置接入电路中，要遵守场效应管偏置的极性。如结型场效应管栅源漏之间是PN结，N沟道管栅极不能加正偏压；P沟道管栅极不能加负偏压，等等。

（3）MOS场效应管由于输入阻抗极高，所以在运输、贮藏中必须将引出脚短路，要用金属屏蔽包装，以防止外来感应电势将栅极击穿。尤其要注意，不能将MOS场效应管放入塑料盒子内，保存时最好放在金属盒内，同时也要注意管的防潮。

（4）为了防止场效应管栅极感应击穿，要求一切测试仪器、工作台、电烙铁、线路本身都必须有良好的接地；管脚在焊接时，先焊源极；在连入电路之前，管的全部引线端保持互相短接状态，焊接完后才把短接材料去掉；从元器件架上取下管时，应以适当的方式确保人体接地如采用接地环等；当然，如果能采用先进的气热型电烙铁，焊接场效应管是比较方便的，并且确保安全；在未关断电源时，绝对不可以把管插人电路或从电路中拔出。以上安全措施在使用场效应管时必须注意。

（5）在安装场效应管时，注意安装的位置要尽量避免靠近发热元件；为了防管件振动，有必要将管壳体紧固起来；管脚引线在弯曲时，应当大于根部尺寸5毫米处进行，以防止弯断管脚和引起漏气等。

（6）使用VMOS管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例，该管子加装140×140×4（mm）的散热器后，最大功率才能达到30W。

（7）多管并联后，由于极间电容和分布电容相应增加，使放大器的高频特性变坏，通过反馈容易引起放大器的高频寄生振荡。为此，并联复合管管子一般不超过4个，而且在每管基极或栅极上串接防寄生振荡电阻。

（8）结型场效应管的栅源电压不能接反，可以在开路状态下保存，而绝缘栅型场效应管在不使用时，由于它的输入电阻非常高，须将各电极短路，以免外电场作用而使管子损坏。

（9）焊接时，电烙铁外壳必须装有外接地线，以防止由于电烙铁带电而损坏管子。对于少量焊接，也可以将电烙铁烧热后拔下插头或切断电源后焊接。特别在焊接绝缘栅场效应管时，要按源极－漏极－栅极的先后顺序焊接，并且要断电焊接。

（10）用25W电烙铁焊接时应迅速，若用45～75W电烙铁焊接，应用镊子夹住管脚根部以帮助散热。结型场效应管可用表电阻档定性地检查管子的质量（检查各PN结的正反向电阻及漏源之间的电阻值），而绝缘栅场效管不能用万用表检查，必须用测试仪，而且要在接入测试仪后才能去掉各电极短路线。取下时，则应先短路再取下，关键在于避免栅极悬空。

在要求输入阻抗较高的场合使用时，必须采取防潮措施，以免由于温度影响使场效应管的输入电阻降低。如果用四引线的场效应管，其衬底引线应接地。陶瓷封装的芝麻管有光敏特性，应注意避光使用。

对于功率型场效应管，要有良好的散热条件。因为功率型场效应管在高负荷条件下运用，必须设计足够的散热器，确保壳体温度不超过额定值，使器件长期稳定可靠地工作。

总之，确保场效应管安全使用，要注意的事项是多种多样，采取的安全措施也是各种各样，广大的专业技术人员，特别是广大的电子爱好者，都要根据自己的实际情况出发，采取切实可行的办法，安全有效地用好场效应管。

应用领域

场效应管（fet）是电场效应控制电流大小的单极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成电路中被应用。

场效应器件凭借其低功耗、性能稳定、抗辐射能力强等优势，在集成电路中已经有逐渐取代三极管的趋势。但它还是非常娇贵的，虽然多数已经内置了保护二极管，但稍不注意，也会损坏。所以在应用中还是小心为妙。

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