什么是場效應管-場效應管參數、命名方法、作用、原理-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-07-09
場效應晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數載流子和反極性的少數載流子參與導電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數載流子參與導電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件，具有輸入電阻高（108～109Ω）、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點，現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。
場效應管分結型、絕緣柵型兩大類。結型場效應管（JFET）因有兩個PN結而得名，絕緣柵型場效應管（JGFET）則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應管中，應用最為廣泛的是MOS場效應管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應管，以及最近剛問世的πMOS場效應管、VMOS功率模塊等。
按溝道半導體材料的不同，結型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導電方式來劃分，場效應管又可分成耗盡型與增強型。結型場效應管均為耗盡型，絕緣柵型場效應管既有耗盡型的，也有增強型的。
場效應晶體管可分為結場效應晶體管和MOS場效應晶體管。而MOS場效應晶體管又分為N溝耗盡型和增強型；P溝耗盡型和增強型四大類。見下圖。
現行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同，第三位字母J代表結型場效應管，O代表絕緣柵場效應管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型層是N溝道；C是N型硅P溝道。例如,3DJ6D是結型N溝道場效應三極管，3DO6C 是絕緣柵型N溝道場效應三極管。
第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應管，××以數字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規格。例如CS14A、CS45G等。
場效應管的參數很多，包括直流參數、交流參數和極限參數，但一般使用時關注以下主要參數：
1、I DSS — 飽和漏源電流。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，柵極電壓U GS=0時的漏源電流。
2、UP — 夾斷電壓。是指結型或耗盡型絕緣柵場效應管中，使漏源間剛截止時的柵極電壓。
3、UT — 開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中，使漏源間剛導通時的柵極電壓。
4、gM — 跨導。是表示柵源電壓U GS — 對漏極電流I D的控制能力，即漏極電流I D變化量與柵源電壓UGS變化量的比值。gM 是衡量場效應管放大能力的重要參數。
5、BUDS — 漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時，場效應管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數，加在場效應管上的工作電壓必須小于BUDS。
6、PDSM — 最大耗散功率。也是一項極限參數，是指場效應管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時，場效應管實際功耗應小于PDSM并留有一定余量。
7、IDSM — 最大漏源電流。是一項極限參數，是指場效應管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。場效應管的工作電流不應超過IDSM
1、場效應管可應用于放大。由于場效應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、場效應管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。
3、場效應管可以用作可變電阻。
4、場效應管可以方便地用作恒流源。
5、場效應管可以用作電子開關。
場效應管的柵極相當于晶體管的基極，源極和漏極分別對應于晶體管的發射極和集電極。將萬用表置于R×1k檔，用兩表筆分別測量每兩個管腳間的正、反向電阻。當某兩個管腳間的正、反向電阻相等，均為數KΩ時，則這兩個管腳為漏極D和源極S（可互換），余下的一個管腳即為柵極G。對于有4個管腳的結型場效應管，另外一極是屏蔽極（使用中接地）。
用萬用表黑表筆碰觸管子的一個電極，紅表筆分別碰觸另外兩個電極。若兩次測出的阻值都很小，說明均是正向電阻，該管屬于N溝道場效應管，黑表筆接的也是柵極。
制造工藝決定了場效應管的源極和漏極是對稱的，可以互換使用，并不影響電路的正常工作，所以不必加以區分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐。
注意不能用此法判定絕緣柵型場效應管的柵極。因為這種管子的輸入電阻極高，柵源間的極間電容又很小，測量時只要有少量的電荷，就可在極間電容上形成很高的電壓，容易將管子損壞。
將萬用表撥到R×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，相當于給場效應管加上1.5V的電源電壓。這時表針指示出的是D-S極間電阻值。然后用手指捏柵極G，將人體的感應電壓作為輸入信號加到柵極上。由于管子的放大作用，UDS和ID都將發生變化，也相當于D-S極間電阻發生變化，可觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極時表針擺動很小，說明管子的放大能力較弱；若表針不動，說明管子已經損壞。
由于人體感應的50Hz交流電壓較高，而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同，因此用手捏柵極時表針可能向右擺動，也可能向左擺動。少數的管子RDS減小，使表針向右擺動，多數管子的RDS增大，表針向左擺動。無論表針的擺動方向如何，只要能有明顯地擺動，就說明管子具有放大能力。
本方法也適用于測MOS管。為了保護MOS場效應管，必須用手握住螺釘旋具絕緣柄，用金屬桿去碰柵極，以防止人體感應電荷直接加到柵極上，將管子損壞。
MOS管每次測量完畢，G-S結電容上會充有少量電荷，建立起電壓UGS，再接著測時表針可能不動，此時將G-S極間短路一下即可。
即金屬-氧化物-半導體型場效應管，英文縮寫為MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor），屬于絕緣柵型。其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層，因此具有很高的輸入電阻（最高可達1015Ω）。它也分N溝道管和P溝道管，符號如圖1所示。通常是將襯底（基板）與源極S接在一起。根據導電方式的不同，MOSFET又分增強型、耗盡型。所謂增強型是指：當VGS=0時管子是呈截止狀態，加上正確的VGS后，多數載流子被吸引到柵極，從而“增強”了該區域的載流子，形成導電溝道。耗盡型則是指，當VGS=0時即形成溝道，加上正確的VGS時，能使多數載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉向截止。
以N溝道為例，它是在P型硅襯底上制成兩個高摻雜濃度的源擴散區N+和漏擴散區N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內部連通，二者總保持等電位。圖1（a）符號中的前頭方向是從外向里，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當漏接電源正極，源極接電源負極并使VGS=0時，溝道電流（即漏極電流）ID=0。隨著VGS逐漸升高，受柵極正電壓的吸引，在兩個擴散區之間就感應出帶負電的少數載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當VGS大于管子的開啟電壓VTN（一般約為+2V）時，N溝道管開始導通，形成漏極電流ID。
MOS場效應管比較“嬌氣”。這是由于它的輸入電阻很高，而柵-源極間電容又非常小，極易受外界電磁場或靜電的感應而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形成相當高的電壓（U=Q/C），將管子損壞。因此了廠時各管腳都絞合在一起，或裝在金屬箔內，使G極與S極呈等電位，防止積累靜電荷。管子不用時，全部引線也應短接。在測量時應格外小心，并采取相應的防靜電感措施。
從這個現象可以判別出結型場效應管的三個電極。具體方法：將萬用表撥在R×1k檔上，任選兩個電極，分別測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時，則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆（紅表筆也行）任意接觸一個電極，另一只表筆依次去接觸其余的兩個電極，測其電阻值。
當出現兩次測得的電阻值近似相等時，則黑表筆所接觸的電極為柵極，其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大，說明是PN結的反向，即都是反向電阻，可以判定是N溝道場效應管，且黑表筆接的是柵極。若兩次測出的電阻值均很小，說明是正向PN結，即是正向電阻，判定為P溝道場效應管，黑表筆接的也是柵極。若不出現上述情況，可以調換黑、紅表筆按上述方法進行測試，直到判別出柵極為止。
測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應管手冊標明的電阻值是否相符去判別管的好壞。
具體方法：首先將萬用表置于R×10或R×100檔，測量源極S與漏極D之間的電阻，通常在幾十歐到幾千歐范圍（在手冊中可知，各種不同型號的管，其電阻值是各不相同的），如果測得阻值大于正常值，可能是由于內部接觸不良。如果測得阻值是無窮大，可能是內部斷極。然后把萬用表置于R×10k檔，再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值，當測得其各項電阻值均為無窮大，則說明管是正常的；若測得上述各阻值太小或為通路，則說明管是壞的。要注意，若兩個柵極在管內斷極，可用元件代換法進行檢測。
用萬用表電阻的R×100檔，紅表筆接源極S，黑表筆接漏極D，給場效應管加上1.5V的電源電壓，此時表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場效應管的柵極G，將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣，由于管的放大作用，漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發生變化，也就是漏源極間電阻發生了變化，由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極表針擺動較小，說明管的放大能力較差；表針擺動較大，表明管的放大能力大；若表針不動，說明管是壞的。
測量之前，先把人體對地短路后，才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上接一條導線與大地連通，使人體與大地保持等電位。再把管腳分開，然后拆掉導線。
將萬用表撥于R×100檔，首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻都是無窮大，證明此腳就是柵極G。交換表筆重測量，S-D之間的電阻值應為幾百歐至幾千歐，其中阻值較小的那一次，黑表筆接的為D極，紅表筆接的是S極。日本生產的3SK系列產品，S極與管殼接通，據此很容易確定S極。
將G極懸空，黑表筆接D極，紅表筆接S極，然后用手指觸摸G極，表針應有較大的偏轉。雙柵MOS場效應管有兩個柵極G1、G2。為區分之，可用手分別觸摸G1、G2極，其中表針向左側偏轉幅度較大的為G2極。
目前有的MOSFET管在G-S極間增加了保護二極管，平時就不需要把各管腳短路了。
MOS場效應晶體管在使用時應注意分類，不能隨意互換。MOS場效應晶體管由于輸入阻抗高（包括MOS集成電路）極易被靜電擊穿，使用時應注意以下規則：
（1）. MOS器件出廠時通常裝在黑色的導電泡沫塑料袋中，切勿自行隨便拿個塑料袋裝。也可用細銅線把各個引腳連接在一起，或用錫紙包裝
（2）.取出的MOS器件不能在塑料板上滑動，應用金屬盤來盛放待用器件。
（3）. 焊接用的電烙鐵必須良好接地。
（4）. 在焊接前應把電路板的電源線與地線短接，再MOS器件焊接完成后在分開。
（5）. MOS器件各引腳的焊接順序是漏極、源極、柵極。拆機時順序相反。
（6）.電路板在裝機之前，要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子，再把電路板接上去。
（7）. MOS場效應晶體管的柵極在允許條件下，最好接入保護二極管。在檢修電路時應注意查證原有的保護二極管是否損壞。
1、判定柵極G將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個管腳之間的電阻。若發現某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大，并且交換表筆后仍為無窮大，則證明此腳為G極，因為它和另外兩個管腳是絕緣的。
2、判定源極S、漏極D由圖1可見，在源-漏之間有一個PN結，因此根據PN結正、反向電阻存在差異，可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻，其中電阻值較低（一般為幾千歐至十幾千歐）的一次為正向電阻，此時黑表筆的是S極，紅表筆接D極。
3、測量漏-源通態電阻RDS（on）將G-S極短路，選擇萬用表的R×1檔，黑表筆接S極，紅表筆接D極，阻值應為幾歐至十幾歐。由于測試條件不同，測出的RDS（on）值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實測一只IRFPC50型VMOS管，RDS（on）=3.2W，大于0.58W（典型值）。
4、檢查跨導將萬用表置于R×1k（或R×100）檔，紅表筆接S極，黑表筆接D極，手持螺絲刀去碰觸柵極，表針應有明顯偏轉，偏轉愈大，管子的跨導愈高。注意事項：
VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數產品屬于N溝道管。對于P溝道管，測量時應交換表筆的位置。
有少數VMOS管在G-S之間并有保護二極管，本檢測方法中的1、2項不再適用。
目前市場上還有一種VMOS管功率模塊，專供交流電機調速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產的IRFT001型模塊，內部有N溝道、P溝道管各三只，構成三相橋式結構。
現在市售VNF系列（N溝道）產品，是美國Supertex生產的超高頻功率場效應管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號低頻跨導gm=2000μS。適用于高速開關電路和廣播、通信設備中。
使用VMOS管時必須加合適的散熱器后。以VNF306為例，該管子加裝140×140×4（mm）的散熱器后，最大功率才能達到30W。
多管并聯后，由于極間電容和分布電容相應增加，使放大器的高頻特性變壞，通過反饋容易引起放大器的高頻寄生振蕩。為此，并聯復合管管子一般不超過4個，而且在每管基極或柵極上串接防寄生振蕩電阻。
為了安全使用場效應管，在線路的設計中不能超過管的耗散功率，最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數的極限值。
各類型場效應管在使用時，都要嚴格按要求的偏置接人電路中，要遵守場效應管偏置的極性。如結型場效應管柵源漏之間是PN結，N溝道管柵極不能加正偏壓；P溝道管柵極不能加負偏壓，等等。
MOS場效應管由于輸人阻抗極高，所以在運輸、貯藏中必須將引出腳短路，要用金屬屏蔽包裝，以防止外來感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意，不能將MOS場效應管放人塑料盒子內，保存時最好放在金屬盒內，同時也要注意管的防潮。
為了防止場效應管柵極感應擊穿，要求一切測試儀器、工作臺、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地；管腳在焊接時，先焊源極；在連入電路之前，管的全部引線端保持互相短接狀態，焊接完后才把短接材料去掉；從元器件架上取下管時，應以適當的方式確保人體接地如采用接地環等；當然，如果能采用先進的氣熱型電烙鐵，焊接場效應管是比較方便的，并且確保安全；在未關斷電源時，絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場效應管時必須注意。
在安裝場效應管時，注意安裝的位置要盡量避免靠近發熱元件；為了防管件振動，有必要將管殼體緊固起來；管腳引線在彎曲時，應當大于根部尺寸5毫米處進行，以防止彎斷管腳和引起漏氣等。對于功率型場效應管，要有良好的散熱條件。因為功率型場效應管在高負荷條件下運用，必須設計足夠的散熱器，確保殼體溫度不超過額定值，使器件長期穩定可靠地工作。
本篇文章主要介紹了場效應管和VMOS管的監測方法，并對步驟進行了詳細的講解。雖然場效應管體積不大，但其檢修的過程卻能整理出如此多的知識點，可見在電源學習的過程中沒有不值得積累的知識點。在文章的最后，還給出了場效應管的使用注意事項，相信在閱讀過后能很大程度上幫助設計者們減少對場效應管的損壞。
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