場效應(yīng)晶體管工作原理圖文詳解及引腳、參數(shù)等介紹-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-08-16
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)晶體管（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。
一：場效應(yīng)晶體管是電壓掌握機件，它經(jīng)過VGS（柵源電壓）來掌握ID（漏極直流電）；
二：場效應(yīng)晶體管的輸出端直流電極小，因而它的輸出電阻很大。
三：它是應(yīng)用少數(shù)載流子導(dǎo)熱，因而它的量度穩(wěn)固性較好；
四：它組成的縮小通路的電縮小小系數(shù)要小于三極管組成縮小通路的電縮小小系數(shù)；
五：場效應(yīng)晶體管的抗輻照威力強；
六：因為沒有具有錯雜活動的少子分散惹起的散粒噪音，因為噪音低。
場效應(yīng)晶體管，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1。它可分為NPN型PNP型。NPN型通常稱為N溝道型，PNP型也叫P溝道型。由圖可看出，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。我們知道一般三極管是由輸入的電流控制輸出的電流。但對于場效應(yīng)管，其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。
圖1
為解釋MOS場效應(yīng)管工作原理圖，我們先了解一下僅含有一個P—N結(jié)的二極管的工作過程。如圖2所示，我們知道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。
圖2
對于場效應(yīng)管，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)。當(dāng)有一個正電壓加在N溝道MOS。
下面簡述一下用C-MOS場效應(yīng)管（增強型MOS場效應(yīng)管）組成的應(yīng)用電路的工作過程，就愛見圖3。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。
圖3
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。
圖4
由以上分析我們可以畫出原理圖中MOS場效應(yīng)管電路部分的工作過程（見圖4）。工作原理同前所述。
場效應(yīng)晶體管的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但一般使用時只需要關(guān)注以下幾項主要參數(shù)。
①夾斷電壓（UP）。這是指在規(guī)定的漏極電壓UDS下，使漏極電流/D（即溝道電流）為零或者小于某一小電流值（例如1μA. 10μA）時，加在柵極上的電壓UGS它是結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。
②開啟電壓(UT)。這是指當(dāng)漏極電壓UDS為某一規(guī)定值時，使導(dǎo)電溝道（即漏、源極之間）剛開始導(dǎo)通時的柵極電壓UGS它是增強型場效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。當(dāng)柵極電壓UGS小于開啟電壓坼的絕對值時，場效應(yīng)晶體管不能導(dǎo)通。：
③飽和漏電流(/DSS)。這是指當(dāng)柵、源極短路(UGS=0)時，一定的漏極電壓UDS（大于夾斷電壓）所引起的漏極電流/D飽和漏電流反映了零柵壓時原始溝道的導(dǎo)電能力，是耗盡型場效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。
④低頻跨導(dǎo)(gm)，在漏極電壓UDS為規(guī)定值時，漏極電流變化量△/D與引起這個變化的柵壓變化量△UGS的比值，叫跨導(dǎo)（或互導(dǎo)），即gm=△/D/△UGS。gm的常用單位是mS（毫西門子）gm是衡量場效應(yīng)晶體管柵極電壓對漏極電流控制能力強弱的一個參數(shù)，也是衡量放大作用的重要參數(shù)，與晶體三極管的交流電流放大系數(shù)β相似。gm與管子的工作區(qū)域有關(guān)，漏極電流/D越大，管子的跨導(dǎo)gm也越大。
⑤漏源擊穿電壓（BUDS）。這是指柵極電壓UGS一定時，場效應(yīng)晶體管正常工作所能承受的最大漏極電壓，它相當(dāng)于普通晶體三極管的集電極一發(fā)射極擊穿電壓V(BR)ceo（即BUceo）。這是一項極限參數(shù)，使用時加在場效應(yīng)晶體管上的工作電壓必須小于BUDS。
⑥最大漏源電流( /DSM)。這是指場效應(yīng)晶體管正常工作時，漏、源極之間所允許通過的最大電流，它相當(dāng)于普通晶體三極管的/CM場效應(yīng)晶體管的工作電流不應(yīng)超過這一極限參數(shù)。
⑦最大耗散功率(PDSM)。這是指場效應(yīng)晶體管性能不變壞時，所允許的最大漏極耗散功率，它相當(dāng)于普通三極管的Pcm。使用時，場效應(yīng)晶體管的實際功耗（PD=UDS×/D）應(yīng)小于這一極限參數(shù)，并留有一定余量。
對于下圖(a)所示的金屬管帽封裝的三引腳圓柱狀場效應(yīng)管，其管帽下有一個小凸口，把引腳對著自己，從凸口開始沿順時針方向數(shù)，如果是結(jié)型場效應(yīng)管，依次為源極S、漏極D和柵極G；如果是絕緣柵型場效應(yīng)管，則依次為D、G和S腳。對于塑料封裝的半圓柱狀結(jié)型場效應(yīng)管，其3個引線腳呈“一字形”排列，面對標(biāo)有型號的一面，從左到右依次為S、D、G腳。對于下圖(b)所示的金屬管帽封裝的四引腳絕緣柵型場效應(yīng)管，其增加的第4引腳有兩種可能，如果是普通增強型MOS場效應(yīng)管，則該腳為“襯底”引腳；如果是雙柵MOS管，則該腳為第二柵極引腳。
對于有4個引腳的結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其增加的第4腳一般是屏蔽極（使用中接地）。對于大功率場效應(yīng)晶體管，將管子有字面朝自己、引腳朝下，從左至右其引腳排列順序基本上都是“G、D、S”，并且散熱片接通D極。，當(dāng)遇到型號、封裝和引腳排列不熟悉的場效應(yīng)晶體管時，就要查閱有關(guān)資料或用萬用表檢測辨認(rèn)后再接入電路。
其中結(jié)型場效應(yīng)管的圖形符號中，豎直線表示能導(dǎo)電的溝道，豎直線頂部的一條直角線表示漏極D，豎直線底部的一條直角線表示源極S，豎直線左面帶箭頭的直線表示柵極G。同普通晶體三極管一樣，箭頭指向表示從P型指向N型材料，從箭頭指向就可以知道是哪種溝道的結(jié)型場效應(yīng)管，，很顯然，圖形符號中箭頭指向“溝道”，表示是N型溝道結(jié)型場效應(yīng)管；箭頭背離“溝道”，表示是P型溝道結(jié)型場效應(yīng)管。由于結(jié)型管的源極S和漏極D在制造工藝上是對稱的，所以圖形符號畫法也很對稱，表示在實際應(yīng)用中這兩個電極可以對換使用。在絕緣柵型場效應(yīng)管的圖形符號中，柵極G都不帶箭頭，不與“溝道”豎直線接觸，表示管中柵極G與漏極D.源極S是絕緣的，以區(qū)別于結(jié)型場效應(yīng)管。將表示溝道結(jié)型的“箭頭”改畫在“溝道”中間表示“襯底”的水平線上，即箭頭指向“溝道”，表示是N型溝道絕緣柵型場效應(yīng)管；箭頭背離“溝道”，表示是P型溝道絕緣柵型場效應(yīng)管。另外，箭頭線畫的短，表示襯底無引出線；箭頭線畫的稍長，表示襯底有引出線；箭頭線與源極S相連，表示襯底在管子內(nèi)部已經(jīng)與源極連接。對于增強型的管子，還將“溝道”線畫成3截，表示在零柵壓下這種管子是沒有導(dǎo)電溝道的，以區(qū)別于耗盡型MOS管和結(jié)型場效應(yīng)管?？梢?，掌握了場效應(yīng)晶體管的這些圖形符號，就等于掌握了場效應(yīng)晶體管的種類，這對分析電路和正確運用場效應(yīng)晶體管都很重要。
跟普通晶體三極管一樣，以前場效應(yīng)晶體管的舊圖形符號均用圓圈表示外殼，現(xiàn)已廢棄不再畫出圓圈。不過我們翻閱以前的電路圖或圖書時，會看到帶有圓圈的場效應(yīng)晶體管圖形符號。
場效應(yīng)晶體管的文字符號與普通晶體三極管的文字符號相同，常用VT（舊符號為BG）或V表示，在電路圖中常寫在圖形符號旁邊。若電路圖中有多只同類元器件時，按常規(guī)就在文字后面或右下角標(biāo)上數(shù)字，以示區(qū)別，如VT1、VT2-文字符號的下邊，一般標(biāo)出場效應(yīng)晶體管的型號。
共有兩種命名方法。
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(jié)型場效應(yīng)管，O代表絕緣柵場效應(yīng)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(jié)型P溝道場效應(yīng)三極管，3DO6C是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。
第二種命名方法是CS××#，CS代表場效應(yīng)管，××以數(shù)字代表型號的序號，#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如CS14A、CS45G等。
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