场效应管的基础知识2

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  场效应管的基础知识2

  一、场效应管工作原理

  场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,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(108~109Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、**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。

  1、场效应管的分类

  场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中,应用*为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管,以及*近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。

  按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型又分n沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。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。

  二、. 场效应管的特征:

 

 

 

 

 

(a) JFET的概念图

 

 

 

 

b) JFET的符号


图1  JFET的概念图、符号


图1(b)门极的箭头指向为p指向 n方向,分别表示内向为n沟道JFET,外向为p沟道JFET。
     图1(a)表示n沟道JFET的特性例。以此图为基础看看JFET的电气特性的特点。


首先,门极-源极间电压以0V时考虑(VGS =0)。在此状态下漏极-源极间电压VDS 从0V增加,漏电流ID几乎与VDS 成比例增加,将此区域称为非饱和区。VDS 达到某值以上漏电流ID 的变化变小,几乎达到一定值。此时的ID 称为饱和漏电流(有时也称漏电流用IDSS 表示。与此IDSS 对应的VDS 称为夹断电压VP ,此区域称为饱和区。
   其次在漏极-源极间加一定的电压VDS (例如0.8V),VGS 值从0开始向负方向增加,ID 的值从IDSS 开始慢慢地减少,对某VGS 值ID =0。将此时的VGS 称为门极-源极间遮断电压或者截止电压,用VGS (off)示。n沟道JFET的情况则VGS (off) 值带有负的符号,测量实际的JFET对应ID =0的VGS 因为很困难,在放大器使用的小信号JFET时,将达到ID =0.1-10μA 的VGS 定义为VGS (off) 的情况多些。

三、场效应三极管的型号命名方法
  现行有两种命名方法。**种命名方法与双极型三极管相同,第三位字母J代表结型场效应管,O代表绝缘栅场效应管。**位字母代表 材料,D是P型硅,反型层是N沟道;C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管,3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
  **种命名方法是CS××#,CS代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。

四、场效应管的参数
场效应管的参数很多,包括直流参数、交流参数和极限参数,但一般使用时关注以下主要参数:
(1)、I DSS — 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U GS=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U GS — 对漏极电流I D的控制能力,即漏极电流I D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*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 — *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*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 — *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*大电流。场效应管的工作电流不应超过IDSM