場效應管識別與測量課件

元器件識別與測量場效應管的識別與測量元器件識別與測量場效應管的識別與測量1一、場效應管的基礎(chǔ)知識1、什么是場效應管？場效應管簡稱FET，是一種帶有PN結(jié)的新型半導體器件，與晶體三極管的控制原理不同，是通過電壓來控制輸出電流的，是電壓控制器件，是單極型三極管。

場效應管一般由三個電極組成，其中G極為柵極（也稱控制極），D極為漏極（也稱供電極），S極為源極（也稱輸出極），它們的功能分別對應于雙極型晶體管的基極B，電極C和發(fā)射極E集，由于場效應管的源極S和漏極D是對稱的實際使用中可以互換。2、

場效應管與三極管主要區(qū)別：

場效應管輸入電阻遠大于三極管輸入電阻。場效應管是單極型器件(三極管是雙極型器件)。一、場效應管的基礎(chǔ)知識1、什么是場效應管？23、

場效應管是另一種具有正向受控作用的半導體器件，從制做工藝的結(jié)法上分為兩大類型：第一類：結(jié)型場效應管（JFET）第二類：絕緣柵型場效應管（IGFET）又稱：金屬一氧化物一半導體型（MOSFET）;簡稱MOS型場效應管。其中MOS場效管具有制造工藝簡單，占用芯片面積小，器件的特性便于控制等特點。因此MOS管是當前制造超大規(guī)模集成電路的主要有源器件，并且已開發(fā)出許多有發(fā)展前景的新電路技術(shù)。332、場效應管的作用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(guān)。2、場效應管的作用44、MOS場效應管的分類

MOS管又分為增強型（EMOS）兩種耗盡型（DMOS）每一種又有N溝道型

P溝道型所以一共有四種：

N溝道增強型（NEMOS）P溝道增強型（PEMOS）

N溝道耗盡型（NDMOS）P溝道耗盡型（PDMOS）54、MOS場效應管的分類

MOS管又分為增5、場效應管特點:

具有輸入電阻高（100000000～1000000000Ω）、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。6、場效應管的作用：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。場效應管可以用作電子開關(guān)。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。場效應管可以用作可變電阻。場效應管可以方便地用作恒流源。5、場效應管特點:67、場效應管外形的識別塑料封裝場效應管77、場效應管外形的識別塑料封裝場效應管7金屬封裝場效應管8金屬封裝場效應管8N+N+P+P+PUSGD（1）、增強型MOS場效應管N溝道EMOSFET結(jié)構(gòu)示意圖源極漏極襯底極SiO2絕緣層金屬柵極P型硅襯底l溝道長度W溝道寬度8、場效管的結(jié)構(gòu)及符號S(Source)D(Drain)G(Gate)N+N+P+P+PUSGD（1）、增強型MOS場效應管9PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+SGUD電路符號N

溝道EMOS管PP+N+N+SGDUVDS-+10

P溝道EMOS管+-

VGSVDS+-NN+P+SGDUP+N溝道EMOS管與P溝道EMOS管工作原理相似。即VDS<0、VGS<0外加電壓極性相反、電流ID

流向相反。不同之處：電路符號中的箭頭方向相反。SGUDIDP溝道EMOS管+-VGSVDS+-11場效應管的符號在有些大功率MOSFET管中的G-S極間或D-S極間增加了保護二極管，以保護管子不致于被靜電擊穿，這種管子的電路圖符號如圖所示。12場效應管的符號在有些大功率MOSFET管中的G-S極間或D-MOS管僅依靠一種載流子(多子)導電，故稱單極型器件。

三極管中多子、少子同時參與導電，故稱雙極型器件。利用半導體表面的電場效應，通過柵源電壓VGS

的變化，改變感生電荷的多少，從而改變感生溝道的寬窄，控制漏極電流ID。9、MOSFET工作原理：MOS管僅依靠一種載流子(多子)導電，故稱單極型器件。13

NEMOS管輸出特性曲線

非飽和區(qū)特點：ID

同時受VGS

與VDS

的控制。當VGS為常數(shù)時，VDSID近似線性，表現(xiàn)為一種電阻特性；當VDS為常數(shù)時，VGSID，表現(xiàn)出一種壓控電阻的特性。溝道預夾斷前對應的工作區(qū)。條件：VGS>VGS(th)V

DS<VGS–VGS(th)因此，非飽和區(qū)又稱為可變電阻區(qū)。

ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V注意：非飽和區(qū)相當于三極管的飽和區(qū)。

10、場效應管的特性曲線NEMOS管輸出特性曲線非飽和區(qū)特點：ID同時受V14

飽和區(qū)特點：

ID

只受VGS

控制，而與VDS

近似無關(guān)，表現(xiàn)出類似三極管的正向受控作用。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V溝道預夾斷后對應的工作區(qū)。條件：VGS>VGS(th)V

DS>VGS–VGS(th)考慮到溝道長度調(diào)制效應，輸出特性曲線隨VDS

的增加略有上翹。注意：飽和區(qū)(又稱有源區(qū))對應三極管的放大區(qū)。飽和區(qū)特點：ID只受VGS控制，而與VDS近15

截止區(qū)特點：相當于MOS管三個電極斷開。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V溝道未形成時的工作區(qū)條件：VGS<VGS(th)ID=0以下的工作區(qū)域。IG

0，ID

0

擊穿區(qū)VDS

增大到一定值時漏襯PN結(jié)雪崩擊穿

ID劇增。VDS溝道l對于l較小的MOS管穿通擊穿。截止區(qū)特點：相當于MOS管三個電極斷開。ID/mAV16

NEMOS管轉(zhuǎn)移特性曲線VGS(th)=3VVDS

=5V轉(zhuǎn)移特性曲線反映VDS

為常數(shù)時，VGS

對ID

的控制作用，可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5VVDS

=5VID/mAVGS/VO12345轉(zhuǎn)移特性曲線中，ID=0時對應的VGS

值，即開啟電壓VGS(th)。NEMOS管轉(zhuǎn)移特性曲線VGS(th)=3VVDS17

襯底效應集成電路中，許多MOS管做在同一襯底上，為保證U與S、D之間PN結(jié)反偏，襯底應接電路最低電位(N溝道)或最高電位(P溝道)。若|VUS|-+VUS耗盡層中負離子數(shù)VUS

=0ID/mAVGS/VO-2V-4VPP+N+N+SGDUVDSVGS-+-+阻擋層寬度襯底效應集成電路中，許多MOS管做在同一襯底上，為18由于MOS管COX

很小，因此當帶電物體(或人)靠近金屬柵極時，感生電荷在SiO2

絕緣層中將產(chǎn)生很大的電壓VGS(=Q/COX)，使絕緣層擊穿，造成MOS管永久性損壞。MOS管保護措施：分立的MOS管：各極引線短接、烙鐵外殼接地。MOS集成電路：TD2D1D1、D2

一方面限制VGS

間最大電壓，同時對感生電荷起旁路作用。由于MOS管COX很小，因此當帶電物體(或人)靠19

11、耗盡型MOS場效應管SGUDIDSGUDIDPP+N+SGDUN+N溝道DMOSNN+P+SGDUP+P溝道DMOSDMOS管結(jié)構(gòu)VGS=0時，導電溝道已存在對比增強型？溝道線是實線DMOSFET(DepletionNMOSFET)11、耗盡型MOS場效應管SGUDIDSGUDIDPP20耗盡型DMOSFET(DepletionNMOSFET)與增強型場效應管的區(qū)別

增強型MOSFET:VGS=0時，沒有導電溝道。耗盡型MOSFET:VGS=0時，就存在導電溝道。制造時，在SiO2絕緣層中摻入了大量正離子(如Na++或K++)，正離子的作用如同加正柵壓一樣，在P型襯底表面產(chǎn)生垂直于襯底的自建電場，排斥空穴，吸引電子，從而形成導電溝道。場效應管識別與測量課件21

NDMOS管伏安特性ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=1V-1.5V-1V-0.5V0V0.5V-1.8VID/mAVGS/VOVGS(th)VDS>0，VGS

正、負、零均可。外部工作條件：DMOS管在飽和區(qū)與非飽和區(qū)的ID表達式與EMOS管相同。PDMOS與NDMOS的差別僅在于電壓極性與電流方向相反。NDMOS管伏安特性ID/mAVDS/VOVDS=2212、四種MOS場效應管比較

電路符號及電流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOS

轉(zhuǎn)移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)12、四種MOS場效應管比較電路符號及電流流向SGU23N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極1、結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應管:導電溝道（二）、結(jié)型場效應管的原理24N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極1、3.2結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管(JunctionFieldEffectTransistor)簡稱JFET，有N溝道JFET和P溝道JFET之分。結(jié)構(gòu)圖：源極和漏極是可以互換的。3.2結(jié)型場效應管源極和漏極是可以互換的。25NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應管DGSDGS26NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應管DGSDGS2PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應管DGSDGS27PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應管DGSDGS2

N溝道JFET管外部工作條件VDS>0(保證柵漏PN結(jié)反偏)VGS<0(保證柵源PN結(jié)反偏)2、JFET管工作原理P+P+NGSD

+

VGSVDS+-N溝道JFET管外部工作條件VDS>0(保證柵28柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱29漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGD＝UGS（off）VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，V30利用半導體內(nèi)的電場效應，通過柵源電壓VGS的變化，改變阻擋層的寬窄，從而改變導電溝道的寬窄，控制漏極電流ID。JFET工作原理：綜上所述，JFET與MOSFET工作原理相似，它們都是利用電場效應控制電流，不同之處僅在于導電溝道形成的原理不同。利用半導體內(nèi)的電場效應，通過柵源電壓VGS的變化，改變31

NJFET輸出特性

非飽和區(qū)(可變電阻區(qū))特點：ID

同時受VGS

與VDS

的控制。條件：VGS>VGS(off)V

DS<VGS–VGS(off)3、結(jié)型場效應管特性曲線伏安特性曲線線性電阻：ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5VNJFET輸出特性非飽和區(qū)(可變電阻區(qū))特點：ID同32

飽和區(qū)(放大區(qū))特點：ID

只受VGS

控制，而與VDS

近似無關(guān)。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V數(shù)學模型：條件：VGS>VGS(off)V

DS>VGS–VGS(off)在飽和區(qū)，JFET的ID

與VGS

之間也滿足平方律關(guān)系，但由于JFET與MOS管結(jié)構(gòu)不同，故方程不同。飽和區(qū)(放大區(qū))特點：ID只受VGS控制，而與VD33

截止區(qū)特點：溝道全夾斷的工作區(qū)條件：VGS<VGS(off)IG

0，ID=0

擊穿區(qū)VDS

增大到一定值時近漏極PN結(jié)雪崩擊穿ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V造成

ID

劇增。VGS

越負則VGD

越負相應擊穿電壓V(BR)DS

越小截止區(qū)特點：溝道全夾斷的工作區(qū)條件：VGS<VGS(34

JFET轉(zhuǎn)移特性曲線同MOS管一樣，JFET的轉(zhuǎn)移特性也可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到(略)。

ID=0時對應的VGS

值夾斷電壓VGS(off)。VGS(off)ID/mAVGS/VOIDSS(N溝道JFET)ID/mAVGS/VOIDSSVGS(off)

(P溝道JFET

)VGS=0時對應的ID

值飽和漏電流IDSS。JFET轉(zhuǎn)移特性曲線同MOS管一樣，JFET的35二、各類場效應管的比較1、各類FET管VDS、VGS

極性比較VDS極性與ID

流向僅取決于溝道類型VGS

極性取決于工作方式及溝道類型由于FET類型較多，單獨記憶較困難，現(xiàn)將各類FET管VDS、VGS

極性及ID

流向歸納如下：N溝道FET：VDS>0，ID

流入管子漏極。P溝道FET：VDS<0，ID

自管子漏極流出。JFET管：VGS

與VDS

極性相反。增強型：VGS

與VDS

極性相同。耗盡型：VGS

取值任意。MOSFET管二、各類場效應管的比較VDS極性與ID流向僅取決于362、場效應管與晶體管的比較（1）場效應管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用場效應管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應選用晶體管。（2）場效應管是利用多數(shù)載流子導電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導電。被稱之為雙極型器件。（3）有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。（4）場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。。場效應管識別與測量課件37３、

場效應管與三極管比較項目

器件電極名稱工作區(qū)導電類型輸入電阻跨導三極管e極b極c極放大區(qū)飽和區(qū)雙極型小大場效應管s極g極d極飽和區(qū)非飽和區(qū)單極型大?。?、場效應管與三極管比較電極名稱工作區(qū)放大區(qū)飽雙極型飽和38４．場效應管使用注意事項：（1）場效應管在使用中要注意電壓極性，工作電壓和電流的數(shù)值不能超過最大允許值。（2）為了防止柵極擊穿，要求一切測試儀電烙鐵都必須有外接地線，焊接時用小功率烙鐵迅速焊接，或切斷電流后利用余熱焊接，焊接時應先焊源極，或焊接柵極。（3）絕緣柵極效應管的電壓阻抗極高，故不能在開路狀態(tài)下保存，即使不使用也應將三個極短路，以防止將柵極擊穿，結(jié)型場效應管則可在開路狀態(tài)下保存。（4）MOS管不能用萬用表檢查，必須用專門儀器測試。４．場效應管使用注意事項：39四、場效應管的主要參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或VT)

開啟電壓是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應管不能導通。②夾斷電壓VGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當VGS=VGS(off)

時,漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應三極管,當VGS=0時所對應的漏極電流40四、場效應管的主要參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或VT④輸入電阻RGS

場效應三極管的柵源輸入電阻的典型值，結(jié)型場效應三極管，反偏時RGS約大于107Ω，絕緣柵型場效應三極管,RGS約是109～1015Ω。⑤低頻跨導gm

低頻跨導反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。(相當于普通晶體管的hEF

)，單位是mS(毫西門子)。⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當。41④輸入電阻RGS41⑦極限漏極電流ID是漏極能夠輸出的最大電流，相當于普通三極管的ICM

，其值與溫度有關(guān)，通常手冊上標注的是溫度為25℃時的值。一般指的是連續(xù)工作電流，若為瞬時工作電流，則標注為IDM

，這個值通常大于ID

。⑧最大漏源電壓UDSS

是場效應管漏源極之間可以承受的最大電壓(相當于普通晶體管的最大反向工作電壓UCEO)，有時也用UDS表示。42⑦極限漏極電流ID42五、場效應管引腳的識別與測量場效應管也有三個引腳，分別是柵極(又稱控制極)、源極、漏極3個端子。場效應管可看作一只普通晶體三極管，柵極G對應基極b，漏極D對應集電極C，源極S對應發(fā)射極E。N溝道對應NPN型晶體管，P溝道對應PNP晶體管。43五、場效應管引腳的識別與測量場效應管也有三個引腳，分別是柵極1、外觀引腳識別貼片式MOS管的引腳排列圖1、外觀引腳識別442、普通場效應管外觀識別GDSSSDG散熱片散熱片

將場效應管有字的一面朝上，管腳朝向我們自己，從左到右依次為：G、D、S（有少數(shù)相反為S、D、G）。452、普通場效應管外觀識別GSSDG散熱片散熱片將場效應管有3、場效應管的測量(1)、coms場效應管的極性判斷，好壞判斷：3、場效應管的測量461）、電極的判斷測量

圖示使用數(shù)字萬用表的二極管測量檔。柵極G與另外兩個電極的正反向測量均為無窮大。1）、電極的判斷測量圖示472）、漏極、源極與好壞的判斷。把數(shù)字萬用表打到二極管檔，用兩表筆任意觸碰場效應管的三只引腳，好的場效應管最終測量結(jié)果只有一次有讀數(shù)，并且在300--800左右，如果在最終測量結(jié)果中測的只有一次有讀數(shù)，并且為0時須萬用表短接場效應管引腳，然后在測量一次，若又測得一組為300--800左右（漏極與源極間）讀數(shù)時此管也為好管。不符合以上規(guī)律的場效應管均為壞管３）、溝道的判斷導通時黑筆接漏極、紅筆接源極的為N溝道場效應管；紅筆接漏極、黑筆接源極的為P溝道場效應管示意圖見上圖2）、漏極、源極與好壞的判斷。48(2)、結(jié)型場效應管的檢測

1）．電極的判別根據(jù)PN結(jié)的正、反向電阻值不同的現(xiàn)象可以很方便地判別出結(jié)型場效應管的G、D、S極。方法一：將萬用表置于“R×1

k”擋，任選兩電極，分別測出它們之間的正、反向電阻。若正、反向的電阻相等（約幾千歐），則該兩極為漏極D和源極S（結(jié)型場效應管的D、S極可互換）余下的則為柵極G。方法二：用萬用表的黑筆任接一個電極，另一表筆依次接觸其余兩個電極，測其阻值。若兩次測得的阻值近似相等，則該黑筆接的為柵極G，余下的兩個為D極和S極。(2)、結(jié)型場效應管的檢測492）．放大倍數(shù)的測量將萬用表置于“R×1

k”擋或“R×100”擋，兩只表筆分別接觸D極和S極，用手靠近或接觸G極，此時表針右擺，且擺動幅度越大，放大倍數(shù)越大。對MOS管來說，為防止柵極擊穿，一般測量前先在其G—S極間接一只幾兆歐的大電阻，然后按上述方法測量。．3）、判別JEET的好壞檢查兩個PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，PN結(jié)正常，管子是好的，否則為壞的。測漏、源間的電阻RDS，應約為幾千歐；若RDS→0或RDS→∞，則管子已損壞。測RDS時，用手靠近柵極G，表針應有明顯擺動，擺幅越大，管子的性能越好。2）．放大倍數(shù)的測量50六、場效應管型號命名方法有兩種命名方法：與三極管相同第一位“3”表示電極數(shù)第二位字母代表材料“D”是P型硅N溝道“C”是N型硅P溝道第三位字母“J”代表結(jié)型場效應管，“O”代表絕緣柵場效應管第四位用數(shù)字表示同一類型產(chǎn)品的序號第五位用字母表示規(guī)格號例如：3DJ6D是結(jié)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。命名方法為CSXX#。CS代表場效應管XX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等六、場效應管型號命名方法51常用場效應管的型號與主要參數(shù)常用場效應管的型號與主要參數(shù)521、P溝道結(jié)型場效應管中的載流子是__。

(a)自由電子(b)空穴(c)電子和空穴(d)離子

2、場效應管是一種_________控制型電子器件。

(a)電壓(b)光(c)電流(d)磁

3、對于N溝道耗盡型場效應管，其柵極和源極之間的靜態(tài)電壓___________。

(a)必須正偏(b)必須反偏(c)必須零偏(d)可以正偏、反偏或零偏

4、某場效應管的IDSS=5mA，IDQ=7mA，iD的方向是從漏極流出，則該管為________。

(a)增強型PMOS(b)增強型NMOS(c)耗盡型PMOS(d)耗盡型

七、練習題1、P溝道結(jié)型場效應管中的載流子是__。

(a)53

5、與雙極型晶體管比較，場效應管的輸入電阻________，放大能力_______。

(a)大(b)小(c)強(d)弱

6、反映N溝道增強型場效應管放大能力的一個重要參數(shù)是__________。

(a)輸入電阻(b)輸出電阻(c)跨導(d)開啟電壓

7、工作在恒流狀態(tài)下的場效應管，下列關(guān)于跨導gm正確的說法是_________。

(a)gm與靜態(tài)漏極電流IDQ

(b)gm與柵源電壓VGS的平方成正比

(c)gm與漏源電壓VDS成正比(d)gm與靜態(tài)漏極電流IDQ的開方成正比

5、與雙極型晶體管比較，場效應管的輸入電阻_______5455555656元器件識別與測量場效應管的識別與測量元器件識別與測量場效應管的識別與測量57一、場效應管的基礎(chǔ)知識1、什么是場效應管？場效應管簡稱FET，是一種帶有PN結(jié)的新型半導體器件，與晶體三極管的控制原理不同，是通過電壓來控制輸出電流的，是電壓控制器件，是單極型三極管。

場效應管一般由三個電極組成，其中G極為柵極（也稱控制極），D極為漏極（也稱供電極），S極為源極（也稱輸出極），它們的功能分別對應于雙極型晶體管的基極B，電極C和發(fā)射極E集，由于場效應管的源極S和漏極D是對稱的實際使用中可以互換。2、

場效應管與三極管主要區(qū)別：

場效應管輸入電阻遠大于三極管輸入電阻。場效應管是單極型器件(三極管是雙極型器件)。一、場效應管的基礎(chǔ)知識1、什么是場效應管？583、

場效應管是另一種具有正向受控作用的半導體器件，從制做工藝的結(jié)法上分為兩大類型：第一類：結(jié)型場效應管（JFET）第二類：絕緣柵型場效應管（IGFET）又稱：金屬一氧化物一半導體型（MOSFET）;簡稱MOS型場效應管。其中MOS場效管具有制造工藝簡單，占用芯片面積小，器件的特性便于控制等特點。因此MOS管是當前制造超大規(guī)模集成電路的主要有源器件，并且已開發(fā)出許多有發(fā)展前景的新電路技術(shù)。5932、場效應管的作用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(guān)。2、場效應管的作用604、MOS場效應管的分類

MOS管又分為增強型（EMOS）兩種耗盡型（DMOS）每一種又有N溝道型

P溝道型所以一共有四種：

N溝道增強型（NEMOS）P溝道增強型（PEMOS）

N溝道耗盡型（NDMOS）P溝道耗盡型（PDMOS）614、MOS場效應管的分類

MOS管又分為增5、場效應管特點:

具有輸入電阻高（100000000～1000000000Ω）、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。6、場效應管的作用：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。場效應管可以用作電子開關(guān)。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。場效應管可以用作可變電阻。場效應管可以方便地用作恒流源。5、場效應管特點:627、場效應管外形的識別塑料封裝場效應管637、場效應管外形的識別塑料封裝場效應管7金屬封裝場效應管64金屬封裝場效應管8N+N+P+P+PUSGD（1）、增強型MOS場效應管N溝道EMOSFET結(jié)構(gòu)示意圖源極漏極襯底極SiO2絕緣層金屬柵極P型硅襯底l溝道長度W溝道寬度8、場效管的結(jié)構(gòu)及符號S(Source)D(Drain)G(Gate)N+N+P+P+PUSGD（1）、增強型MOS場效應管65PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+SGUD電路符號N

溝道EMOS管PP+N+N+SGDUVDS-+66

P溝道EMOS管+-

VGSVDS+-NN+P+SGDUP+N溝道EMOS管與P溝道EMOS管工作原理相似。即VDS<0、VGS<0外加電壓極性相反、電流ID

流向相反。不同之處：電路符號中的箭頭方向相反。SGUDIDP溝道EMOS管+-VGSVDS+-67場效應管的符號在有些大功率MOSFET管中的G-S極間或D-S極間增加了保護二極管，以保護管子不致于被靜電擊穿，這種管子的電路圖符號如圖所示。68場效應管的符號在有些大功率MOSFET管中的G-S極間或D-MOS管僅依靠一種載流子(多子)導電，故稱單極型器件。

三極管中多子、少子同時參與導電，故稱雙極型器件。利用半導體表面的電場效應，通過柵源電壓VGS

的變化，改變感生電荷的多少，從而改變感生溝道的寬窄，控制漏極電流ID。9、MOSFET工作原理：MOS管僅依靠一種載流子(多子)導電，故稱單極型器件。69

NEMOS管輸出特性曲線

非飽和區(qū)特點：ID

同時受VGS

與VDS

的控制。當VGS為常數(shù)時，VDSID近似線性，表現(xiàn)為一種電阻特性；當VDS為常數(shù)時，VGSID，表現(xiàn)出一種壓控電阻的特性。溝道預夾斷前對應的工作區(qū)。條件：VGS>VGS(th)V

DS<VGS–VGS(th)因此，非飽和區(qū)又稱為可變電阻區(qū)。

ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V注意：非飽和區(qū)相當于三極管的飽和區(qū)。

10、場效應管的特性曲線NEMOS管輸出特性曲線非飽和區(qū)特點：ID同時受V70

飽和區(qū)特點：

ID

只受VGS

控制，而與VDS

近似無關(guān)，表現(xiàn)出類似三極管的正向受控作用。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V溝道預夾斷后對應的工作區(qū)。條件：VGS>VGS(th)V

DS>VGS–VGS(th)考慮到溝道長度調(diào)制效應，輸出特性曲線隨VDS

的增加略有上翹。注意：飽和區(qū)(又稱有源區(qū))對應三極管的放大區(qū)。飽和區(qū)特點：ID只受VGS控制，而與VDS近71

截止區(qū)特點：相當于MOS管三個電極斷開。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V溝道未形成時的工作區(qū)條件：VGS<VGS(th)ID=0以下的工作區(qū)域。IG

0，ID

0

擊穿區(qū)VDS

增大到一定值時漏襯PN結(jié)雪崩擊穿

ID劇增。VDS溝道l對于l較小的MOS管穿通擊穿。截止區(qū)特點：相當于MOS管三個電極斷開。ID/mAV72

NEMOS管轉(zhuǎn)移特性曲線VGS(th)=3VVDS

=5V轉(zhuǎn)移特性曲線反映VDS

為常數(shù)時，VGS

對ID

的控制作用，可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5VVDS

=5VID/mAVGS/VO12345轉(zhuǎn)移特性曲線中，ID=0時對應的VGS

值，即開啟電壓VGS(th)。NEMOS管轉(zhuǎn)移特性曲線VGS(th)=3VVDS73

襯底效應集成電路中，許多MOS管做在同一襯底上，為保證U與S、D之間PN結(jié)反偏，襯底應接電路最低電位(N溝道)或最高電位(P溝道)。若|VUS|-+VUS耗盡層中負離子數(shù)VUS

=0ID/mAVGS/VO-2V-4VPP+N+N+SGDUVDSVGS-+-+阻擋層寬度襯底效應集成電路中，許多MOS管做在同一襯底上，為74由于MOS管COX

很小，因此當帶電物體(或人)靠近金屬柵極時，感生電荷在SiO2

絕緣層中將產(chǎn)生很大的電壓VGS(=Q/COX)，使絕緣層擊穿，造成MOS管永久性損壞。MOS管保護措施：分立的MOS管：各極引線短接、烙鐵外殼接地。MOS集成電路：TD2D1D1、D2

一方面限制VGS

間最大電壓，同時對感生電荷起旁路作用。由于MOS管COX很小，因此當帶電物體(或人)靠75

11、耗盡型MOS場效應管SGUDIDSGUDIDPP+N+SGDUN+N溝道DMOSNN+P+SGDUP+P溝道DMOSDMOS管結(jié)構(gòu)VGS=0時，導電溝道已存在對比增強型？溝道線是實線DMOSFET(DepletionNMOSFET)11、耗盡型MOS場效應管SGUDIDSGUDIDPP76耗盡型DMOSFET(DepletionNMOSFET)與增強型場效應管的區(qū)別

增強型MOSFET:VGS=0時，沒有導電溝道。耗盡型MOSFET:VGS=0時，就存在導電溝道。制造時，在SiO2絕緣層中摻入了大量正離子(如Na++或K++)，正離子的作用如同加正柵壓一樣，在P型襯底表面產(chǎn)生垂直于襯底的自建電場，排斥空穴，吸引電子，從而形成導電溝道。場效應管識別與測量課件77

NDMOS管伏安特性ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(th)VGS=1V-1.5V-1V-0.5V0V0.5V-1.8VID/mAVGS/VOVGS(th)VDS>0，VGS

正、負、零均可。外部工作條件：DMOS管在飽和區(qū)與非飽和區(qū)的ID表達式與EMOS管相同。PDMOS與NDMOS的差別僅在于電壓極性與電流方向相反。NDMOS管伏安特性ID/mAVDS/VOVDS=7812、四種MOS場效應管比較

電路符號及電流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOS

轉(zhuǎn)移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)12、四種MOS場效應管比較電路符號及電流流向SGU79N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極1、結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應管:導電溝道（二）、結(jié)型場效應管的原理80N基底：N型半導體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極1、3.2結(jié)型場效應管結(jié)型場效應管(JunctionFieldEffectTransistor)簡稱JFET，有N溝道JFET和P溝道JFET之分。結(jié)構(gòu)圖：源極和漏極是可以互換的。3.2結(jié)型場效應管源極和漏極是可以互換的。81NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應管DGSDGS82NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應管DGSDGS2PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應管DGSDGS83PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應管DGSDGS2

N溝道JFET管外部工作條件VDS>0(保證柵漏PN結(jié)反偏)VGS<0(保證柵源PN結(jié)反偏)2、JFET管工作原理P+P+NGSD

+

VGSVDS+-N溝道JFET管外部工作條件VDS>0(保證柵84柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UGS（off）柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱85漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，VDD增大，iD增大。預夾斷uGD＝UGS（off）VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UGS（off）且不變，V86利用半導體內(nèi)的電場效應，通過柵源電壓VGS的變化，改變阻擋層的寬窄，從而改變導電溝道的寬窄，控制漏極電流ID。JFET工作原理：綜上所述，JFET與MOSFET工作原理相似，它們都是利用電場效應控制電流，不同之處僅在于導電溝道形成的原理不同。利用半導體內(nèi)的電場效應，通過柵源電壓VGS的變化，改變87

NJFET輸出特性

非飽和區(qū)(可變電阻區(qū))特點：ID

同時受VGS

與VDS

的控制。條件：VGS>VGS(off)V

DS<VGS–VGS(off)3、結(jié)型場效應管特性曲線伏安特性曲線線性電阻：ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5VNJFET輸出特性非飽和區(qū)(可變電阻區(qū))特點：ID同88

飽和區(qū)(放大區(qū))特點：ID

只受VGS

控制，而與VDS

近似無關(guān)。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V數(shù)學模型：條件：VGS>VGS(off)V

DS>VGS–VGS(off)在飽和區(qū)，JFET的ID

與VGS

之間也滿足平方律關(guān)系，但由于JFET與MOS管結(jié)構(gòu)不同，故方程不同。飽和區(qū)(放大區(qū))特點：ID只受VGS控制，而與VD89

截止區(qū)特點：溝道全夾斷的工作區(qū)條件：VGS<VGS(off)IG

0，ID=0

擊穿區(qū)VDS

增大到一定值時近漏極PN結(jié)雪崩擊穿ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V造成

ID

劇增。VGS

越負則VGD

越負相應擊穿電壓V(BR)DS

越小截止區(qū)特點：溝道全夾斷的工作區(qū)條件：VGS<VGS(90

JFET轉(zhuǎn)移特性曲線同MOS管一樣，JFET的轉(zhuǎn)移特性也可由輸出特性轉(zhuǎn)換得到(略)。

ID=0時對應的VGS

值夾斷電壓VGS(off)。VGS(off)ID/mAVGS/VOIDSS(N溝道JFET)ID/mAVGS/VOIDSSVGS(off)

(P溝道JFET

)VGS=0時對應的ID

值飽和漏電流IDSS。JFET轉(zhuǎn)移特性曲線同MOS管一樣，JFET的91二、各類場效應管的比較1、各類FET管VDS、VGS

極性比較VDS極性與ID

流向僅取決于溝道類型VGS

極性取決于工作方式及溝道類型由于FET類型較多，單獨記憶較困難，現(xiàn)將各類FET管VDS、VGS

極性及ID

流向歸納如下：N溝道FET：VDS>0，ID

流入管子漏極。P溝道FET：VDS<0，ID

自管子漏極流出。JFET管：VGS

與VDS

極性相反。增強型：VGS

與VDS

極性相同。耗盡型：VGS

取值任意。MOSFET管二、各類場效應管的比較VDS極性與ID流向僅取決于922、場效應管與晶體管的比較（1）場效應管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用場效應管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應選用晶體管。（2）場效應管是利用多數(shù)載流子導電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數(shù)載流子，也利用少數(shù)載流子導電。被稱之為雙極型器件。（3）有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。（4）場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應用。。場效應管識別與測量課件93３、

場效應管與三極管比較項目

器件電極名稱工作區(qū)導電類型輸入電阻跨導三極管e極b極c極放大區(qū)飽和區(qū)雙極型小大場效應管s極g極d極飽和區(qū)非飽和區(qū)單極型大小３、場效應管與三極管比較電極名稱工作區(qū)放大區(qū)飽雙極型飽和94４．場效應管使用注意事項：（1）場效應管在使用中要注意電壓極性，工作電壓和電流的數(shù)值不能超過最大允許值。（2）為了防止柵極擊穿，要求一切測試儀電烙鐵都必須有外接地線，焊接時用小功率烙鐵迅速焊接，或切斷電流后利用余熱焊接，焊接時應先焊源極，或焊接柵極。（3）絕緣柵極效應管的電壓阻抗極高，故不能在開路狀態(tài)下保存，即使不使用也應將三個極短路，以防止將柵極擊穿，結(jié)型場效應管則可在開路狀態(tài)下保存。（4）MOS管不能用萬用表檢查，必須用專門儀器測試。４．場效應管使用注意事項：95四、場效應管的主要參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或VT)

開啟電壓是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應管不能導通。②夾斷電壓VGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當VGS=VGS(off)

時,漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應三極管,當VGS=0時所對應的漏極電流96四、場效應管的主要參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或VT④輸入電阻RGS

場效應三極管的柵源輸入電阻的典型值，結(jié)型場效應三極管，反偏時RGS約大于107Ω，絕緣柵型場效應三極管,RGS約是109～1015Ω。⑤低頻跨導gm

低頻跨導反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。(相當于普通晶體管的hEF

)，單位是mS(毫西門子)。⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當。97④輸入電阻RGS41⑦極限漏極電流ID是漏極能夠輸出的最大電流，相當于普通三極管的ICM

，其值與溫度有關(guān)，通常手冊上標注的是溫度為25℃時的值。一般指的是連續(xù)工作電流，若為瞬時工作電流，則標注為IDM

，這個值通常大于ID

。⑧最大漏源電壓UDSS

是場效應管漏源極之間可以承受的最大電壓(相當于普通晶體管的最大反向工作電壓UCEO)，有時也用UDS表示。98⑦極限漏極電流ID42五、場效應管引腳的識別與測量場效應管也有三個引腳，分別是柵極(又稱控制極)、源極、漏極3個端子。場效應管可看作一只普通晶體三極管，柵極G對應基極b，漏極D對應集電極C，源極S對應發(fā)射極E。N溝道對應NPN型晶體管，P溝道對應PNP晶體管。99五、場效應管引腳的識別與測量場效應管也有三個引腳，分別是柵極