1.什么叫場效應(yīng)管？
FET是Field-Effect-Transistor的縮寫,即為場效應(yīng)晶體管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管。FET應(yīng)用范圍很廣,但不能說現(xiàn)在普及的雙極型晶體管都可以用FET替代。然而，由于FET的特性與雙極型晶體管的特性完全不同，能構(gòu)成技術(shù)性能非常好的電路。
2. 場效應(yīng)管的工作原理：
(a) JFET的概念圖
(b) JFET的符號
圖1(b)門極的箭頭指向為p指向 n方向，分別表示內(nèi)向為n溝道JFET，外向為p溝道JFET。 圖1（a）表示n溝道JFET的特性例。以此圖為基礎(chǔ)看看JFET的電氣特性的特點。
首先，門極-源極間電壓以0V時考慮（VGS =0）。在此狀態(tài)下漏極-源極間電壓VDS 從0V增加，漏電流ID幾乎與VDS 成比例增加，將此區(qū)域稱為非飽和區(qū)。VDS 達到某值以上漏電流ID 的變化變小，幾乎達到一定值。此時的ID 稱為飽和漏電流（有時也稱漏電流用IDSS 表示。與此IDSS 對應(yīng)的VDS 稱為夾斷電壓VP ，此區(qū)域稱為飽和區(qū)。 其次在漏極-源極間加一定的電壓VDS (例如0.8V)，VGS 值從0開始向負(fù)方向增加，ID 的值從IDSS 開始慢慢地減少，對某VGS 值ID =0。將此時的VGS 稱為門極-源極間遮斷電壓或者截止電壓，用VGS (off)示。n溝道JFET的情況則VGS (off) 值帶有負(fù)的符號,測量實際的JFET對應(yīng)ID =0的VGS 因為很困難,在放大器使用的小信號JFET時,將達到ID =0.1-10μA 的VGS 定義為VGS (off) 的情況多些。 關(guān)于JFET為什么表示這樣的特性，用圖作以下簡單的說明。
場效應(yīng)管工作原理用一句話說，就是"漏極-源極間流經(jīng)溝道的ID ，用以門極與溝道間的pn結(jié)形成的反偏的門極電壓控制ID "。更正確地說，ID 流經(jīng)通路的寬度，即溝道截面積，它是由pn結(jié)反偏的變化，產(chǎn)生耗盡層擴展變化控制的緣故。 在VGS =0的非飽和區(qū)域，圖10.4.1(a)表示的過渡層的擴展因為不很大，根據(jù)漏極-源極間所加VDS的電場，源極區(qū)域的某些電子被漏極拉去，即從漏極向源極有電流ID 流動。達到飽和區(qū)域如圖10.4.2(a)所示，從門極向漏極擴展的過度層將溝道的一部分構(gòu)成堵塞型，ID飽和。將這種狀態(tài)稱為夾斷。這意味著過渡層將溝道的一部分阻擋，并不是電流被切斷。 在過渡層由于沒有電子、空穴的自由移動，在理想狀態(tài)下幾乎具有絕緣特性，通常電流也難流動。但是此時漏極-源極間的電場，實際上是兩個過渡層接觸漏極與門極下部附近，由于漂移電場拉去的高速電子通過過渡層。 如圖10.4.1(b)所示的那樣，即便再增加VDS ，因漂移電場的強度幾乎不變產(chǎn)生ID 的飽和現(xiàn)象。 其次，如圖10.4.2(c)所示，VGS 向負(fù)的方向變化，讓VGS =VGS (off) ，此時過渡層大致成為覆蓋全區(qū)域的狀態(tài)。而且VDS 的電場大部分加到過渡層上，將電子拉向漂移方向的電場，只有靠近源極的很短部分，這更使電流不能流通。
3.場效應(yīng)管的分類和結(jié)構(gòu):
場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）因有兩個PN結(jié)而得名，絕緣柵型場效應(yīng)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(yīng)管中，應(yīng)用最為廣泛的是MOS場效應(yīng)管，簡稱MOS管（即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET）；此外還有PMOS、NMOS和VMOS功率場效應(yīng)管，以及最近剛問世的πMOS場效應(yīng)管、VMOS功率模塊等。 按溝道半導(dǎo)體材料的不同，結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分，場效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強型。結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強型的。 場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管。而MOS場效應(yīng)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。
4、場效應(yīng)三極管的型號命名方法
現(xiàn)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(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N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。
5、場效應(yīng)管的參數(shù)
場效應(yīng)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)，但一般使用時關(guān)注以下主要參數(shù)：
- IDSS — 飽和漏源電流。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中，柵極電壓U GS=0時的漏源電流。
- UP — 夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時的柵極電壓。
- UT — 開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時的柵極電壓。
- gM — 跨導(dǎo)。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(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。
- BUDS — 漏源擊穿電壓。是指柵源電壓UGS一定時，場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數(shù)，加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BUDS。
- PDSM — 最大耗散功率。也是一項極限參數(shù)，是指場效應(yīng)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(yīng)管實際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。
- IDSM — 最大漏源電流。是一項極限參數(shù)，是指場效應(yīng)管正常工作時，漏源間所允許通過的最大電流。場效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM
6、場效應(yīng)管的作用
- 場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)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(yīng)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(yīng)管可以用作可變電阻。
- 場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。
- 場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。
7、常用場效用管
1、MOS場效應(yīng)管
即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)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(jù)導(dǎo)電方式的不同，MOSFET又分增強型、耗盡型。所謂增強型是指：當(dāng)VGS=0時管子是呈截止?fàn)顟B(tài)，加上正確的VGS后，多數(shù)載流子被吸引到柵極，從而“增強”了該區(qū)域的載流子，形成導(dǎo)電溝道。耗盡型則是指，當(dāng)VGS=0時即形成溝道，加上正確的VGS時，能使多數(shù)載流子流出溝道，因而“耗盡”了載流子，使管子轉(zhuǎn)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(qū)N+和漏擴散區(qū)N+，再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)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電，表示從P型材料（襯底）指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極，源極接電源負(fù)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(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子，形成從漏極到源極的N型溝道，當(dāng)VGS大于管子的開啟電壓VTN（一般約為+2V）時，N溝道管開始導(dǎo)通，形成漏極電流ID。
國產(chǎn)N溝道MOSFET的典型產(chǎn)品有3DO1、3DO2、3DO4（以上均為單柵管），4DO1（雙柵管）。它們的管腳排列（底視圖）見圖2。
MOS場效應(yīng)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(yīng)而帶電，而少量電荷就可在極間電容上形成相當(dāng)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(nèi)，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(yīng)短接。在測量時應(yīng)格外小心，并采取相應(yīng)的防靜電感措施。
MOS場效應(yīng)管的檢測方法
（1）．準(zhǔn)備工作 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(dǎo)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(dǎo)線。
（2）．判定電極 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(yīng)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(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品，S極與管殼接通，據(jù)此很容易確定S極。
（3）．檢查放大能力（跨導(dǎo)） 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(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵MOS場效應(yīng)管有兩個柵極G1、G2。為區(qū)分之，可用手分別觸摸G1、G2極，其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)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(yīng)晶體管使用注意事項。
MOS場效應(yīng)晶體管在使用時應(yīng)注意分類，不能隨意互換。MOS場效應(yīng)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(yīng)注意以下規(guī)則：
- MOS器件出廠時通常裝在黑色的導(dǎo)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
- 取出的MOS器件不能在塑料板上滑動，應(yīng)用金屬盤來盛放待用器件。
- 焊接用的電烙鐵必須良好接地。
- 在焊接前應(yīng)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。
- 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。
- 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。
- MOS場效應(yīng)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(yīng)注意查證原有的保護二極管是否損壞。
2、VMOS場效應(yīng)管
VMOS場效應(yīng)管（VMOSFET）簡稱VMOS管或功率場效應(yīng)管，其全稱為V型槽MOS場效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高（≥108W）、驅(qū)動電流?。ㄗ笥?.1μA左右），還具有耐壓高（最高可耐壓1200V）、工作電流大（1.5A～100A）、輸出功率高（1～250W）、跨導(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點集于一身，因此在電壓放大器（電壓放大倍數(shù)可達數(shù)千倍）、功率放大器、開關(guān)電源和逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。
眾所周知，傳統(tǒng)的MOS場效應(yīng)管的柵極、源極和漏極大大致處于同一水平面的芯片上，其工作電流基本上是沿水平方向流動。VMOS管則不同，從左下圖上可以看出其兩大結(jié)構(gòu)特點:第一，金屬柵極采用V型槽結(jié)構(gòu)；第二，具有垂直導(dǎo)電性。由于漏極是從芯片的背面引出，所以ID不是沿芯片水平流動，而是自重?fù)诫sN+區(qū)（源極S）出發(fā)，經(jīng)過P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū)，最后垂直向下到達漏極D。電流方向如圖中箭頭所示，因為流通截面積增大，所以能通過大電流。由于在柵極與芯片之間有二氧化硅絕緣層，因此它仍屬于絕緣柵型MOS場效應(yīng)管。
國內(nèi)生產(chǎn)VMOS場效應(yīng)管的主要廠家有877廠、天津半導(dǎo)體器件四廠、杭州電子管廠等，典型產(chǎn)品有VN401、VN672、VMPT2等。
VMOS場效應(yīng)管的檢測方法
（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(fā)現(xiàn)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(jié)，因此根據(jù)PN結(jié)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(tài)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(yīng)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(dǎo) 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(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)愈大，管子的跨導(dǎo)愈高。
注意事項：
- VMOS管亦分N溝道管與P溝道管，但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。對于P溝道管，測量時應(yīng)交換表筆的位置。
- 有少數(shù)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(diào)速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊，內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只，構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu)。
- 現(xiàn)在市售VNF系列（N溝道）產(chǎn)品，是美國Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場效應(yīng)管，其最高工作頻率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信號低頻跨導(dǎo)gm=2000μS。適用于高速開關(guān)電路和廣播、通信設(shè)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
8、場效應(yīng)管與晶體管的比較
- 場效應(yīng)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(yīng)選用場效應(yīng)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(yīng)選用晶體管。
- 場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)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(dǎo)電。被稱之為雙極型器件。
- 有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，靈活性比晶體管好。
- 場效應(yīng)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(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。
