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什么是场效应晶体管？

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什么是场效应晶体管？

场效应管被广泛用于电源输入端，作用是可以调节输入电压大小，来控制输出电流大小，起到保护器件的目的。场效管工作原理是利用栅极电压产生的电场进行电压调节，因而被称作场效应管。

场效应管分类

场效应管分结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。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整绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为普遍的是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，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。

结型场效应三极管的结构

场效应管按沟道半导体资料的不同，结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分为耗尽型与加强型。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，也有加强型的。

场效应晶体管可分为结型场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为：N沟耗尽型、N沟加强型、P沟耗尽型、P沟加强型总共四大类。

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场效应管工作原理

以N沟道为例说明其工作原理

当UGS=0时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当UGS<0时，PN结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，ID将减小，UGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压UGS称为夹断电压UGS(off)。

(3)特性曲线

结型场效应三极管的特性曲线有两条，一是输出特性曲线(ID=f(UDS)|UGS=常量),二是转移特性曲线(ID=f(UGS)|UDS=常量)。N沟道结型场效应三极管的特性曲线如下图所示。

N沟道结型场效应三极管的特性曲线

绝缘栅场效应三极管的工作原理

绝缘栅场效应三极管分为：耗尽型 →N沟道、P沟道

增强型 →N沟道、P沟道

N沟道耗尽型绝缘栅场效应管

N沟道耗尽型的结构和符号如下图所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当UGS>0时，将使ID进一步增加。UGS<0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示，有时也用UP表示。N沟道耗尽型的转移特性曲线如下图(b)所示。

耗尽型绝缘栅场效应管结构示意图

N沟道增强型绝缘栅场效应管

结构与耗尽型类似。但当UGS=0 V时，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。 当栅极加有电压时，若0UGS(th)时，形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在UGS=0V时ID=0，只有当UGS>UGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。

N沟道增强型MOS管的转移特性曲线，见下图。

P沟道MOS管

P沟道MOS管的工作原理与N沟道MOS管完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

场效应管特点

1、场效应管是电压控制器件，它通过VGS（栅源电压）来控制ID（漏极电流）；

2、场效应管的控制输入端电流极小，因此它的输入电阻（107～1012Ω）很大；

3、它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；

4、它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；

5、场效应管的抗辐射能力强；

6、由于它不存在杂乱运动的电子扩散引起的散粒噪声，所以噪声低。

场效应管应用

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。

场效应管发热严重的原因

1、电路设计的问题，就是让MOS管工作在线性的工作状态，而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关，G级电压要比电源高几V，才能完全导通，P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗，等效直流阻抗比较大，压降增大，所以U*I也增大，损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误；

2、频率太高，主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管上的损耗增大了，所以发热也加大了；

3、没有做好足够的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值，一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严重，需要足够的辅助散热片；

4、MOS管的选型有误，对功率判断有误，MOS管内阻没有充分考虑，导致开关阻抗增大。

如何防止绝缘栅型场效应管击穿

由于绝缘栅场效应管的输入阻抗非常高，这本来是它的优点，但在使用上却带来新的问题。由于输入阻抗高，当带电荷物体一旦靠近栅极时，在栅极感应出来的电荷就很难通过这个电阻泄放掉，电荷的累积造成了电压的升高，尤其是在极间电容比较小的情况本下，少量的电荷就会产生较高的电压，以至管子还没使用或者在焊接时就已经击穿或者出现指标下降的现象，特别是MOS管，其绝缘层很薄，更易击穿损坏。为了避免出现这样的事故，关键在于避免栅极悬空，也就是在栅源两极之间必须保持直流通路。

通常是在栅源两极之间接一个电阻（100K以内），使累积电荷不致过多，或者接一个稳压管，使电压不致超过某一数值。在保存时应使3个电极短路，并放在屏蔽的金属盒内;把管子焊到电路上或取下来时，也应该先将各个电极短路;安装测试时所用的烙铁仪器等要有良好的接地，最好拔掉电烙铁的电源再进行焊接。