场效应管
作者：唐云飞 来源：湖湘职业技术培训学校 日期：2010-12-06
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。场效应管容易被静电击穿损坏，所以在使用的时候一定要注意防静电，现在的场效应管内部通常会设置保护电路，但是使用的时候，还是要尽量做好保护措施。对于现在的电路，越来越多使用场效应管，下面主要介绍些场效应管的常识：
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。
1、基本特点：
（1）场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID；
（2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。
（3）它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；
（4）它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；
（5）场效应管的抗辐射能力强；
2、工作原理：
当电流ID从漏极到源极或从源极到漏极，流经场效应管中的导电沟，这个导电沟是受控的，实际上沟道的宽度会随着场效应管的三个极上的电压而发生变化，从而使导电沟的电阻发生变化，而去控制ID。电流经过场效应管的时候，就像水流过阀门一样，当水流从阀门流出时，会随着阀门开启度的大小而变化。由于Ugs电压变化很快，促使场效应管沟道也跟随变化，达到使输出电流跟随变化的目的，换句话说就是用输入的电压去控制输出的电流变化。
3、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
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
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。
4主要作用：
1.场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3.场效应管可以用作可变电阻。
4.场效应管可以方便地用作恒流源。
5.场效应管可以用作电子开关。
5、常用场效应管：
场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类。按沟道材料型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种；按导电方式：耗尽型与增强型，结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管，而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。场效应管分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅场效应管（MOS管）。
l 结型场效应管（JFET）
结型场效应管有两种结构形式，它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管。具有三个电极即：栅极；漏极；源极。电路符号中栅极的箭头 方向可理解为两个PN结的正向导电方向。结型场效应管的工作原理(以N沟道结型场效应管为例)，由于PN结中的载流子已经耗尽，故PN基本上是不导电的，形成了所谓耗尽区，当漏极电源电压UD一定时，如果栅极电压越负，PN结交界面所形成的耗尽区就越厚，则漏、源极之间导电的沟道越窄，漏极电流ID就愈小；反之，如果栅极电压没有那么负，则沟道变宽，ID变大，所以用栅极电压UG可以控制漏极电流ID的变化，就是说，场效应管是电压控制元件。
l 绝缘栅场效应管(MOS管)
绝缘栅场效应管有N沟道型和P沟道型两种，无论是什么沟道，它们又分为增强型和耗尽型两种。它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属—氧化物—半导体场效应管，简称MOS场效应管。绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)它是利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时，通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道，即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。
5测量：
1、结型场效应管的管脚识别：场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。
2、判定栅极：用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。
3 、制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。
4、估测场效应管的放大能力，将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。
由于人体感应的50Hz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，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。
MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路放电。
★★★浮栅场效应管常用于闪存（Flash）电路上，FLASH技术是采用特殊的浮栅场效应管作为存储单元。这种场效应管的结构与普通场管有很大区别。它具有两个栅极，一个如普通场管栅极一样，用导线引出，称为“选择栅”；另一个则处于二氧化硅的包围之中不与任何部分相连，这个不与任何部分相连的栅极称为“浮栅”。通常情况下，浮栅不带电荷，则场效应管处于不导通状态，场效应管的漏极电平为高，则表示数据1。编程时，场效应管的漏极和选择栅都加上较高的编程电压，源极则接地。这样大量电子从源极流向漏极，形成相当大的电流，产生大量热电子，并从衬底的二氧化硅层俘获电子，由于电子的密度大，有的电子就到达了衬底与浮栅之间的二氧化硅层，这时由于选择栅加有高电压，在电场作用下，这些电子又通过二氧化硅层到达浮栅，并在浮栅上形成电子团。浮栅上的电子团即使在掉电的情况下，仍然会存留在浮栅上，所以信息能够长期保存（通常来说，这个时间可达10年）。由于浮栅为负，所以选择栅为正，在存储器电路中，源极接地，所以相当于场效应管导通，漏极电平为低，即数据0被写入。擦除时，源极加上较高的编程电压，选择栅接地，漏极开路。根据隧道效应和量子力学的原理，浮栅上的电子将穿过势垒到达源极，浮栅上没有电子后，就意味着信息被擦除了。 由于热电子的速度快，所以编程时间短，并且数据保存的效果好，但是耗电量比较大。★★★
晶体二极管的分类
接触器控制电机线路