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1、场效应管的原理和基础知识 (2007-12-2517:29)基本概念场效应管是一种受电场控制的半导体器件(普通三极管的工作是受电流控制的器件).场效应管应具有高输入阻抗,较好的热稳定性、抗辐射性和较低的噪声.对夹断电压适中的场效应管,可以找到一个几乎不受温度影响的零温度系数工作点,利用这一特性,可使电路的温度稳定性达到最佳状态.电子电路中常用场效应管作放大电路的缓冲级、模拟开关和恒流源电路.场效应管按结构可分为结型场效应管(缩写为JFET)和绝缘栅场效应管(缩写为JGFET),从导电方式看,场效应管分为N型沟道型与P型沟道型.绝缘栅型场效
2、应管有增强型和耗尽型两种,而JFET只有耗尽型.一、基本结构场效应管是利用改变电场来控制半导体材料的导电特性,不是像三极管那样用电流控制PN结的电流.因此,场效应管可以工作在极高的频率和较大的功率.此外,场效应管的制作工艺简单,是集成电路的基本单元.场效应管有结型和绝缘栅型两种主要类型.每种类型的场效应管都有栅极g、源极s和漏极d三个工作电极,同时,每种类型的场效应管都有N沟道和P沟道两种导电结构.绝缘栅型场效应管又叫做MOS管.根据在外加电压Vgs=0时是否存在导电沟道,绝缘栅场效应管又可分为上增强型和耗尽型.增强型MOS管在外加电压Vg
3、s=0时不存在导电沟道,而耗尽型MOS的氧化绝缘层中加入了大量的正离子,即使在Vgs=0时也存在导电沟道.N沟道绝缘栅型g为栅极,s为源极,d为漏极,B衬底结型场效应管的结构与绝缘栅场效应管的结构基本相同,主要的区别在于栅极g与通道半导体之间没有绝缘. N沟道和P沟道结型从场效应管的基本结构可以看出,无论是绝缘栅型还是结型,场效应管都是两个背靠背的PN结.电流通路不是由PN结形成的,而是依靠漏极d和源极s之间半导体的导电状态来决定的. 二、电路符号 基本参数场效应管的主要技术参数,可分为直流参数和交流参数两大类.一
4、、夹断电压VP和开启电压VT一般是对结型管而言,当栅源之间的反向电压VGS增加到一定数以后,不管漏源电压VDS大小都不存在漏电流ID.这个使ID开始为零的电压叫作管子的夹断电压.VT一般是对MOS管而言,表示开始出现ID时的栅源电压值.对N沟道增强型、P沟道耗尽型VT为正值,对N沟道耗尽型、P沟道增强型VT为负值.二、饱和漏电流IDSS当VDS=0而VDS足够大时,漏电流的饱和值,就是管子的饱和漏电流,常用符号IDSS表示.三、栅极电流IG当栅极加上一定的反向电压时,会有极小的栅极电流,用符号IG表示.对结型场效应管,IG在10-9~10-
5、12之间;对于MOS而言IG一般小于10-12安.正是由于栅极电流极小,所以场效应管具有极高的阻抗.四、通导电阻RON五、截止漏电流六、跨导gm七、漏源动态电阻rDS基本特性一、转移特性和输出特性工程应用中最常用的是共源极电路的输入和输出关系曲线,场效应管的共源极连接是把源极s作为公共端、栅极g作为输入端、漏极d作为输出端.由于共源极场效应管的输入电流几乎为零,因此,其输入曲线反映的是栅极电压Vg与漏极电流Id的关系,叫做转移特性.反映d-s间电压与Id之间关系的叫做输出曲线.场效应管共源极电路转移特性曲线和输出特性曲线场效应管输出特性有可
6、变电阻(也叫夹断区)、放大(也叫恒流区)、截止区和击穿区四个工作区.这与三极管的饱和、截止、放大和击穿相似.二、截止与电阻导通特性场效应管d-s间不导通状态叫做截止,此时Id接近0,场效应管没有电流传导的能力,相当于开关断开.产生截止现象的原因,是此时场效应管没有形成导电沟道.场效应管输出特性曲线中,Vds与Id之间呈线性关系的区域叫做电阻区,二者之间的关系可近似为Vds=RonId其中Ron为导通电阻,一般都很小.在电阻区,场效应管的d-s之间近似为一个不变电阻.无论是在电阻区还是截止区,场效应管的电流控制能力很微弱,这是在应用设计中必须
7、十分注意的问题.在设计模拟信号电路时,一定要使电路工作在场效应管的放大区,避免进入电阻区和截止区.在设计开关电路时,要使电路能很快地在电阻和截止状态之间转换,避免进入放大区.使用场效应管时,应当注意以下几个问题:(1)为了防止栅极击穿,要求一切测试仪器、电路本身、电烙铁都必须良好接地.焊接时,用小功率烙铁迅速焊接,或拔去电源用余热焊接,并应先焊源极,后焊栅极.(2)MOS场效应管输送阻抗较高,故在不使用时,必须将引出线短路,以防感应电势将栅极击穿,JFET则不可短路.(3)要求高输入阻抗的线路,须采取防潮措施,以免使输入阻抗显著降低.(4)
8、MOS场效应管栅极有的可加正压或负压,而常用的结型场效应管因是N沟道耗尽型,栅极只能加负压.(5)场效应管的漏极和源极通常制成对称的,除源极和衬底制造时连在一起的管子外,漏极和源
