场效应管识别与测量课件

元器件识别与测量场效应管的识别与测量一、场效应管的基础知识1、什么是场效应管？场效应管简称FET，是一种带有PN结的新型半导体器件，与晶体三极管的控制原理不同，是通过电压来控制输出电流的，是电压控制器件，是单极型三极管。

场效应管一般由三个电极组成，其中G极为栅极（也称控制极），D极为漏极（也称供电极），S极为源极（也称输出极），它们的功能分别对应于双极型晶体管的基极B，电极C和发射极E集，由于场效应管的源极S和漏极D是对称的实际使用中可以互换。2、

场效应管与三极管主要区别：

场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件)。3、

场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件，从制做工艺的结法上分为两大类型：第一类：结型场效应管（JFET）第二类：绝缘栅型场效应管（IGFET）又称：金属一氧化物一半导体型（MOSFET）;简称MOS型场效应管。其中MOS场效管具有制造工艺简单，占用芯片面积小，器件的特性便于控制等特点。因此MOS管是当前制造超大规模集成电路的主要有源器件，并且已开发出许多有发展前景的新电路技术。32、场效应管的作用1）、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。

2）、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。

3）、场效应管可以用作可变电阻。

4）、场效应管可以方便地用作恒流源。

5）、场效应管可以用作电子开关。4、MOS场效应管的分类

MOS管又分为增强型（EMOS）两种耗尽型（DMOS）每一种又有N沟道型

P沟道型所以一共有四种：

N沟道增强型（NEMOS）P沟道增强型（PEMOS）

N沟道耗尽型（NDMOS）P沟道耗尽型（PDMOS）55、场效应管特点:

具有输入电阻高（100000000～1000000000Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。6、场效应管的作用：场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。场效应管可以用作电子开关。场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。场效应管可以用作可变电阻。场效应管可以方便地用作恒流源。7、场效应管外形的识别塑料封装场效应管7金属封装场效应管8N+N+P+P+PUSGD（1）、增强型MOS场效应管N沟道EMOSFET结构示意图源极漏极衬底极SiO2绝缘层金属栅极P型硅衬底l沟道长度W沟道宽度8、场效管的结构及符号S(Source)D(Drain)G(Gate)PP+N+N+SGDUVDS-+VGS-+SGUD电路符号N

沟道EMOS管

P沟道EMOS管+-

VGSVDS+-NN+P+SGDUP+N沟道EMOS管与P沟道EMOS管工作原理相似。即VDS<0、VGS<0外加电压极性相反、电流ID

流向相反。不同之处：电路符号中的箭头方向相反。SGUDID场效应管的符号在有些大功率MOSFET管中的G-S极间或D-S极间增加了保护二极管，以保护管子不致于被静电击穿，这种管子的电路图符号如图所示。12MOS管仅依靠一种载流子(多子)导电，故称单极型器件。

三极管中多子、少子同时参与导电，故称双极型器件。利用半导体表面的电场效应，通过栅源电压VGS

的变化，改变感生电荷的多少，从而改变感生沟道的宽窄，控制漏极电流ID。9、MOSFET工作原理：

NEMOS管输出特性曲线

非饱和区特点：ID

同时受VGS

与VDS

的控制。当VGS为常数时，VDS

ID近似线性

，表现为一种电阻特性；当VDS为常数时，VGS

ID

，表现出一种压控电阻的特性。沟道预夹断前对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)V

DS<VGS–VGS(th)因此，非饱和区又称为可变电阻区。

ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V注意：非饱和区相当于三极管的饱和区。

10、场效应管的特性曲线

饱和区特点：

ID

只受VGS

控制，而与VDS

近似无关，表现出类似三极管的正向受控作用。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道预夹断后对应的工作区。条件：VGS>VGS(th)V

DS>VGS–VGS(th)考虑到沟道长度调制效应，输出特性曲线随VDS

的增加略有上翘。注意：饱和区(又称有源区)对应三极管的放大区。

截止区特点：相当于MOS管三个电极断开。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区条件：VGS<VGS(th)ID=0以下的工作区域。IG

0，ID

0

击穿区VDS

增大到一定值时

漏衬PN结雪崩击穿

ID剧增。VDS

沟道l

对于l较小的MOS管

穿通击穿。

NEMOS管转移特性曲线VGS(th)=3VVDS

=5V转移特性曲线反映VDS

为常数时，VGS

对ID

的控制作用，可由输出特性转换得到。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

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

=5VID/mAVGS/VO12345转移特性曲线中，ID=0时对应的VGS

值，即开启电压VGS(th)。

衬底效应集成电路中，许多MOS管做在同一衬底上，为保证U与S、D之间PN结反偏，衬底应接电路最低电位(N沟道)或最高电位(P沟道)。若|VUS|-+VUS耗尽层中负离子数

VUS

=0ID/mAVGS/VO-2V-4VPP+N+N+SGDUVDSVGS-+-+阻挡层宽度

由于MOS管COX

很小，因此当带电物体(或人)靠近金属栅极时，感生电荷在SiO2

绝缘层中将产生很大的电压VGS(=Q/COX)，使绝缘层击穿，造成MOS管永久性损坏。MOS管保护措施：分立的MOS管：各极引线短接、烙铁外壳接地。MOS集成电路：TD2D1D1、D2

一方面限制VGS

间最大电压，同时对感生电荷起旁路作用。

11、耗尽型MOS场效应管SGUDIDSGUDIDPP+N+SGDUN+N沟道DMOSNN+P+SGDUP+P沟道DMOSDMOS管结构VGS=0时，导电沟道已存在对比增强型？沟道线是实线DMOSFET(DepletionNMOSFET)耗尽型DMOSFET(DepletionNMOSFET)与增强型场效应管的区别

增强型MOSFET:VGS=0时，没有导电沟道。耗尽型MOSFET:VGS=0时，就存在导电沟道。制造时，在SiO2绝缘层中掺入了大量正离子(如Na++或K++)，正离子的作用如同加正栅压一样，在P型衬底表面产生垂直于衬底的自建电场，排斥空穴，吸引电子，从而形成导电沟道。

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、负、零均可。外部工作条件：DMOS管在饱和区与非饱和区的ID表达式与EMOS管相同。PDMOS与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。12、四种MOS场效应管比较

电路符号及电流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOS

转移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极1、结构结型场效应管:导电沟道（二）、结型场效应管的原理243.2结型场效应管结型场效应管(JunctionFieldEffectTransistor)简称JFET，有N沟道JFET和P沟道JFET之分。结构图：源极和漏极是可以互换的。NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS26PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS27

N沟道JFET管外部工作条件VDS>0(保证栅漏PN结反偏)VGS<0(保证栅源PN结反偏)2、JFET管工作原理P+P+NGSD

+

VGSVDS+-栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称为夹断uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）漏-源电压对漏极电流的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGD>UGS（off）uGD<UGS（off）利用半导体内的电场效应，通过栅源电压VGS的变化，改变阻挡层的宽窄，从而改变导电沟道的宽窄，控制漏极电流ID。JFET工作原理：综上所述，JFET与MOSFET工作原理相似，它们都是利用电场效应控制电流，不同之处仅在于导电沟道形成的原理不同。

NJFET输出特性

非饱和区(可变电阻区)特点：ID

同时受VGS

与VDS

的控制。条件：VGS>VGS(off)V

DS<VGS–VGS(off)3、结型场效应管特性曲线伏安特性曲线线性电阻：ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V

饱和区(放大区)特点：ID

只受VGS

控制，而与VDS

近似无关。ID/mAVDS/VOVDS=VGS–

VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V数学模型：条件：VGS>VGS(off)V

DS>VGS–VGS(off)在饱和区，JFET的ID

与VGS

之间也满足平方律关系，但由于JFET与MOS管结构不同，故方程不同。

截止区特点：沟道全夹断的工作区条件：VGS<VGS(off)IG

0，ID=0

击穿区VDS

增大到一定值时近漏极PN结雪崩击穿ID/mAVDS/VOVDS=VGS–VGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V

造成

ID

剧增。VGS

越负则VGD

越负相应击穿电压V(BR)DS

越小

JFET转移特性曲线同MOS管一样，JFET的转移特性也可由输出特性转换得到(略)。

ID=0时对应的VGS

值

夹断电压VGS(off)。VGS(off)ID/mAVGS/VOIDSS(N沟道JFET)ID/mAVGS/VOIDSSVGS(off)

(P沟道JFET

)VGS=0时对应的ID

值

饱和漏电流IDSS。二、各类场效应管的比较1、各类FET管VDS、VGS

极性比较VDS极性与ID

流向仅取决于沟道类型VGS

极性取决于工作方式及沟道类型由于FET类型较多，单独记忆较困难，现将各类FET管VDS、VGS

极性及ID

流向归纳如下：N沟道FET：VDS>0，ID

流入管子漏极。P沟道FET：VDS<0，ID

自管子漏极流出。JFET管：VGS

与VDS

极性相反。增强型：VGS

与VDS

极性相同。耗尽型：VGS

取值任意。MOSFET管2、场效应管与晶体管的比较（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。（2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。（3）有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。。３、

场效应管与三极管比较项目

器件电极名称工作区导电类型输入电阻跨导三极管e极b极c极放大区饱和区双极型小大场效应管s极g极d极饱和区非饱和区单极型大小４．场效应管使用注意事项：（1）场效应管在使用中要注意电压极性，工作电压和电流的数值不能超过最大允许值。（2）为了防止栅极击穿，要求一切测试仪电烙铁都必须有外接地线，焊接时用小功率烙铁迅速焊接，或切断电流后利用余热焊接，焊接时应先焊源极，或焊接栅极。（3）绝缘栅极效应管的电压阻抗极高，故不能在开路状态下保存，即使不使用也应将三个极短路，以防止将栅极击穿，结型场效应管则可在开路状态下保存。（4）MOS管不能用万用表检查，必须用专门仪器测试。四、场效应管的主要参数①开启电压VGS(th)(或VT)

开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。②夹断电压VGS(off)(或VP)

夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)

时,漏极电流为零。③饱和漏极电流IDSS

耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流40④输入电阻RGS

场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109～1015Ω。⑤低频跨导gm

低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。(相当于普通晶体管的hEF

)，单位是mS(毫西门子)。⑥最大漏极功耗PDM

最大漏极功耗可由PDM=VDSID决定，与双极型三极管的PCM相当。41⑦极限漏极电流ID是漏极能够输出的最大电流，相当于普通三极管的ICM

，其值与温度有关，通常手册上标注的是温度为25℃时的值。一般指的是连续工作电流，若为瞬时工作电流，则标注为IDM

，这个值通常大于ID

。⑧最大漏源电压UDSS

是场效应管漏源极之间可以承受的最大电压(相当于普通晶体管的最大反向工作电压UCEO)，有时也用UDS表示。42五、场效应管引脚的识别与测量场效应管也有三个引脚，分别是栅极(又称控制极)、源极、漏极3个端子。场效应管可看作一只普通晶体三极管，栅极G对应基极b，漏极D对应集电极C，源极S对应发射极E。N沟道对应NPN型晶体管，P沟道对应PNP晶体管。431、外观引脚识别贴片式MOS管的引脚排列图2、普通场效应管外观识别GDSSSDG散热片散热片

将场效应管有字的一面朝上，管脚朝向我们自己，从左到右依次为：G、D、S（有少数相反为S、D、G）。453、场效应管的测量(1)、coms场效应管的极性判断，好坏判断：1）、电极的判断测量

图示使用数字万用表的二极管测量档。栅极G与另外两个电极的正反向测量均为无穷大。2）、漏极、源极与好坏的判断。把数字万用表打到二极管档，用两表笔任意触碰场效应管的三只引脚，好的场效应管最终测量结果只有一次有读数，并且在300--800左右，如果在最终测量结果中测的只有一次有读数，并且为0时须万用表短接场效应管引脚，然后在测量一次，若又测得一组为300--800左右（漏极与源极间）读数时此管也为好管。不符合以上规律的场效应管均为坏管３）、沟道的判断导通时黑笔接漏极、红笔接源极的为N沟道场效应管；红笔接漏极、黑笔接源极的为P沟道场效应管示意图见上图(2)、结型场效应管的检测

1）．电极的判别根据PN结的正、反向电阻值不同的现象可以很方便地判别出结型场效应管的G、D、S极。方法一：将万用表置于“R×1

k”挡，任选两电极，分别测出它们之间的正、反向电阻。若正、反向的电阻相等（约几千欧），则该两极为漏极D和源极S（结型场效应管的D、S极可互换）余下的则为栅极G。方法二：用万用表的黑笔任接一个电极，另一表笔依次接触其余两个电极，测其阻值。若两次测得的阻值近似相等，则该黑笔接的为栅极G，余下的两个为D极和S极。2）．放大倍数的测量将万用表置于“R×1

k”挡或“R×100”挡，两只表笔分别接触D极和S极，用手靠近或接触G极，此时表针右摆，且摆动幅度越大，放大倍数越大。对MOS管来说，为防止栅极击穿，一般测量前先在其G—S极间接一只几兆欧的大电阻，然后按上述方法测量。．3）、判别JEET的好坏检查两个PN结的单向导电性，PN结正常，管子是好的，否则为坏的。测漏、源间的电阻RDS，应约为几千欧；若RDS→0或RDS→∞，则管子已损坏。测RDS时，用手靠近栅极G，表针应有明显摆动，摆幅越大，管子的性能越好。六、场效应管型号命名方法