4.6场效应管器件(简)
场效应管工作原理及应用
场效应管工作原理（1）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、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
一、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，应用最为广泛的是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，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和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。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应三极管的型号命名方法现行有两种命名方法。
第一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。
第二位字母代表材料，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。
第二种命名方法是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。
常用场效应管参数及代换
常用场效应管参数及代换场效应管（Field Effect Transistor，FET）是一种用来放大和控制电流的电子元件。
它是由一个金属门极与两个半导体区域（源极和漏极）组成。
在常见的场效应管中，有三种主要类型：结型场效应管（JFET），增强型场效应管（MOSFET）和绝缘栅极场效应管（IGBT）。
本文将重点介绍增强型场效应管（MOSFET）的常用参数及其代换方法。
一、常用参数1.电流参数(i)静态漏极电流（IDSS）：在门极电压VGS=0时，漏极电流的值。
(ii) 静态漏极电流温度系数：静态漏极电流随温度变化的变化率。
(iii) 动态漏极电流（ID）：在特定的电压和温度条件下，从漏极流出的电流的值。
2.电压参数(i)额定漏极到源极电压（VDS）：漏极和源极之间的最大电压。
(ii) 额定源极到栅极电压（VGS）：源极和栅极之间的最大电压。
(iii) 阈值电压（VT）：当栅极电压超过阈值电压时，通道开始导电。
(iv) 栅极欠压（VGS（th））：栅极电压低于这个电压时，场效应管处于截止区。
(v) 漏极饱和电压（VDS（sat））：漏极电压达到饱和时，在这个电压下，漏极与源极之间的电流达到最大值。
(vi) 最大可承受漏极电流（IDM）：超过这个电流值时，场效应管可能损坏。
3.输入参数(i) 栅极输入电容（Cgs）：栅极和源极之间的电容。
(ii) 栅极反向传导（gfs）：源极电流变化与栅极电压变化之间的比例关系。
4.输出参数(i) 漏极输出电容（Cds）：漏极和源极之间的电容。
(ii) 漏极跟随导纳（gd）：漏极电流变化与漏极电压变化之间的比例关系。
5.尺寸参数(i)源极宽度（W）：源极沿着通道长度方向的尺寸。
(ii) 通道长度（L）：源极和漏极之间的距离。
二、代换方法1.输出导纳代换场效应管的漏极跟随导纳gd可以用其中一个公式进行代换：gd ≈ 2IDSS/VGS（th）2.输出电容代换输出电容Cds可以用其中一个公式进行代换：Cds ≈ CM + CGS x VDS/VGS其中CM是一个常数，等于通道本身的电容，CGS是栅极和源极之间的电容。
场效应管接法
场效应管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种半导体器件，常用于放大和开关电路。
根据不同的接法，场效应管可以分为三种基本接法：共源极接法、共漏极接法和共栅极接法。
1.共源极接法（Common Source Configuration）：
在这种接法中，信号输入连接到场效应管的栅极（Gate），信号输出则从漏极（Drain）获得。
源极（Source）通过一个电阻连接到地，起到稳定偏置的作用。
这种接法适用于放大电路，增益较高，但输出相位与输入相位相反。
2.共漏极接法（Common Drain Configuration）：
在这种接法中，信号输入连接到场效应管的栅极，信号输出则来自源极。
漏极通过一个电阻连接到电源正极，起到稳定偏置的作用。
这种接法适用于缓冲放大电路，输出与输入相位一致，且具有较低的输出阻抗。
3.共栅极接法（Common Gate Configuration）：
在这种接法中，信号输入连接到场效应管的源极，信号输出则从漏极获得。
栅极通过一个电阻连接到电源正极，起到稳定偏置的作用。
这种接法适用于高频放大和开关电路，具有较低的输入阻抗和高的增益。
这些接法根据场效应管不同的引脚连接方式，可满足不同的电路设计需求。
值得注意的是，在实际应用中，还需要考虑电源电压、电流限制、电路参数匹配以及静态工作点的选择等因素，以确保电路正常工作和性能优良。
因此，在使用场效应管时，建议参考相关的技术资料、电路图和应用手册，并进行合理的电路设计和测试验证。
场效应管介绍
场效应管原理场效应管是只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。
有N沟道器件和P沟道器件。
有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。
IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）。
1.1 1.1.1MOS场效应管MOS场效应管有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟道和P沟道两种导电类型。
场效应管有三个电极：D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极；G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极；S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。
增强型MOS(EMOS)场效应管一、工作原理1．沟道形成原理当VGS=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，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0＜VGS＜VGS(th)时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。
耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。
进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th) 称为开启电压），由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，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。
在栅极下方形成的导电沟1线性电子电路教案道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。
随着VGS的继续增加，ID将不断增加。
场效应管
MOS管分为四种类型：N沟道耗尽型管、N沟道增强型管、P沟道耗尽型管和 P沟道增强型管。
MOS管的特点
输入阻抗高、栅源电压可正可负、耐高温、易 集成。
N沟道增强型绝缘栅场效应管 （1）结构与符号 增强型的特点
1. 工作原理
绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制“感应电荷”
的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的
一、结型场效应管(JFET)
1 结构与工作原理 （1）构成 结型场效应管又有N沟道和P沟道两种类型。
N沟道结型场效应管的结构示意图
结型场效应管的符号
(a)N沟道管
(b) P沟道管
（2）工作原理 N· JFET的结构及符号
在同一块N型半导体上制作两 个高掺杂的P区，并将它们连 接在一起，引出的电极称为栅 极G，N型半导体的两端引出 两个电极，一个称为漏极D， 一个称为源极S。P区与N区交 界面形成耗尽层，漏极和源极 间的非耗尽层区域称为导电沟 道。
直流输入电阻 RGS ：其等于栅源电压与栅极电流之比，结型管的 RGS 大于10^7 欧，而MOS管的大于10^9欧。
二、交流参数
1. 低频跨导 gm 用以描述栅源之间的电压 UGS 对漏极电流 ID 的控 制作用。 ΔI D gm ΔU GS U DS 常数 单位：ID 毫安(mA)；UGS 伏(V)；gm 毫西门子(mS)
绝缘栅
B端为衬底，与源极短接在一起。
N沟道耗尽型MOS管的结构与符号
（2）N沟道的形成 N沟道的形成与外电场对N沟道的影响 控制原理分四种情况讨论：
① uGS 0时，来源于外电场UGS正极的正电荷使SiO2中原有的正电荷数目增加， 由于静电感应，N沟道中的电子随之作同等数量的增加，沟道变宽，沟道电阻减 小，漏电流成指数规律的增加。
简述场效应管的主要参数
简述场效应管的主要参数
场效应管(Field Effect Transistor,简称FET)是一种基于半导体物理学原理的集成电路器件,是晶体管的一种。
它是一种通过电子在半导体材料表面电场的作用下进行移动来调节电流的器件。
FET具有高输入阻抗、低噪声、低功耗、高可靠性等特点,因此在许多计算机、通信和电子设备中得到了广泛的应用。
FET的主要参数包括:
1. 栅极电压(Gate-to-Channel voltage):栅极电压是控制电流流动的关键参数,它决定了FET的导电性能。
通常,栅极电压越高,FET的导电性能越好,但也会使其功耗增加。
2. 漏极电压(Channel-to-Source voltage):漏极电压是FET的输入电压,它决定了FET的放大倍数。
FET具有输入电阻大、非线性低等特点,因此漏极电压较低时,FET的放大倍数较高。
3. 漏极电流(Channel-to-Source电流):漏极电流是FET的放大倍数和输出能力的重要参数。
当漏极电压较低时,FET的电流较小,因此输出能力较弱;当漏极电压较高时,FET的电流较大,因此输出能力增强。
4. 工作频率:FET的工作频率取决于栅极和漏极之间的电阻和栅极电压。
FET的电阻较大,因此其工作频率较高。
5. 功率:FET的功率取决于栅极和漏极之间的电流和工作频率。
FET的功率较小,因此在小型设备中应用广泛。
除了以上主要参数外,FET还有其他参数,如栅极材料、漏极材料、极化方向等。
这些参数的选择会影响到FET的性能和应用。
此外,FET还具有可编程、反向输入等特点,因此广泛应用于控制和调节电路中。
六种场效应管
六种场效应管场效应管（Field-Effect Transistor，简称FET）是一种非常重要的电子器件，它能够通过控制输入电场来调节输出电流。
场效应管分为MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）和JFET（结型场效应管）两大类，每类中又分为增强型和耗尽型。
第一种场效应管是N沟道增强型MOSFET（N-Channel Enhanced MOSFET）。
N沟道增强型MOSFET是一种双极性器件，其栅极和漏极之间的电场控制输出电流。
当栅极电压为正值时，它吸引正极性的载流子，导致漏极电流增加。
N沟道增强型MOSFET通常用于低功率应用，如放大器和开关电路。
第二种场效应管是N沟道耗尽型MOSFET（N-Channel Depletion MOSFET）。
N沟道耗尽型MOSFET的工作原理与N沟道增强型MOSFET类似，但是它的栅极电压为0伏时有输出漏极电流，因此被称为耗尽型。
N沟道耗尽型MOSFET通常用于特定应用，如电压参考电路和电流源。
第三种场效应管是P沟道增强型MOSFET（P-Channel Enhanced MOSFET）。
P沟道增强型MOSFET与N沟道增强型MOSFET原理相同，但是它使用了P型半导体材料。
当栅极电压为负值时，它吸引负极性的载流子，导致漏极电流增加。
P沟道增强型MOSFET通常用于低功率应用和负电压电路。
第四种场效应管是P沟道耗尽型MOSFET（P-Channel Depletion MOSFET）。
P沟道耗尽型MOSFET与P沟道增强型MOSFET原理相同，只是栅极电压为0伏时有输出漏极电流。
P沟道耗尽型MOSFET通常用于特定应用，如负电压参考电路和负电流源。
第五种场效应管是结型场效应管（Junction Field-Effect Transistor，简称JFET）。
JFET是一种单极性器件，通过控制栅源电压来调节输出电流。
JFET分为N沟道和P沟道两种类型，其工作原理均基于P-N结的特性。
场效应管讲解
例5.2.1 P212
设VDS VGS VT，工作于饱和区
VGS
Rg 2 Rg1 Rg 2
VDD
40 5 2V 60 40
I DQ Kn (VGS VT )2 0.2 (2 1)2 0.2mA
VDS VDD I D Rd 5 0.2 15 2V 判断VDS 2V (VGS VT )=1V，成立
MOS电容
SiO2绝缘层
+ + + + + - - - - - -
金属铝
E
P
P型基底
电子反型层
SiO2绝缘层
掺入了大量的碱金 属正离子Na+或K+
+ + + + +
金属铝
- - - - - -
P
P型基底
电子反型层
一、结构和电路符号 S
G
D
金属铝
D
两个N区 N
P
N P型基底 SiO2绝缘层
G S
导电沟道
耗尽型的MOS管vGS=0时就有导电沟道，加反向 电压才能夹断。
iD 转移特性曲线
vGS VP 0
输出特性曲线
iD
vGS>0 vGS=0 vGS<0
0 vDS
四、说明：
（1）MOS管有四种基本类型；
（2）增强型的MOS管的vGS必须超过一定的值以使沟 道形成； 耗尽型的MOS管使形成沟道的vGS可正可负； （3）MOS管的输入阻抗特别高
N沟道增强型
S
G
D D
N
P
N
G
S
N 沟道耗尽型
5000种场效应管参数查询
5000种场效应管参数查询场效应管（Field-effect transistor，简称FET）是一种重要的电子元器件，常用于放大和开关电路中。
根据不同的结构和特性，场效应管有很多不同的类型和型号。
在本文中，我将介绍一些常见的场效应管型号及其参数。
1.MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应管）MOSFET是目前最常见的一种场效应管。
它有三个重要参数：漏极-源极间饱和电压（Vds），漏极电流（Id）和栅极电压（Vgs）。
不同的型号有不同的额定值，比如常见的IRF510型号的Vds为100V，Id为5.6A，Vgs为-20V。
2.JFET（结型场效应管）JFET是另一种常见的场效应管类型。
它也有三个重要参数：漏极-源极间饱和电压（Vds）、漏极电流（Id）和栅极电压（Vgs）。
与MOSFET 不同，JFET的工作原理是根据PN结的导电特性来实现的。
常见的2N3819型号的Vds为25V，Id为10mA，Vgs为-5V。
3.IGBT（绝缘栅双极结型场效应管）IGBT是一种结合了双极晶体管和MOSFET的特点的高功率场效应管。
它的主要参数包括最大漏极-源极间饱和电压（Vce(sat)）、最大漏极电流（Ic）和最大栅极电压（Vge）。
常见的IRG4PC40W型号的Vce(sat)为1.8V，Ic为50A，Vge为20V。
S（沟道型超级结框场效应管）5.MESFET（金属半导体场效应管）以上仅是几种常见的场效应管型号及其参数的简要介绍。
实际上，市面上有成千上万种不同型号的场效应管，每种型号都有其自身的特性和应用领域。
因此，在选择和使用场效应管时，需要根据具体的应用需求和电路设计要求来确定合适的型号和参数。
同时还需要查阅相关的器件手册和数据表，以获取更详细的参数信息。
简述场效应管的主要参数
简述场效应管的主要参数场效应管（Field Effect Transistor，简称FET）是一种重要的电子器件，具有许多主要参数。
本文将对场效应管的主要参数进行简要描述。
1. 漏极电流（ID）：漏极电流是场效应管的重要参数之一。
它表示通过漏极的电流大小。
漏极电流的大小与栅极电压（VG）和漏极电压（VD）有关。
漏极电流的大小决定了场效应管的工作状态和性能。
2. 转导（Transconductance，简称gm）：转导是场效应管的另一个重要参数。
它表示漏极电流变化与栅极电压变化之间的关系。
转导越大，代表场效应管的放大能力越强。
3. 阈值电压（Threshold Voltage，简称Vth）：阈值电压是指栅极电压与漏极电流之间的电压差。
在阈值电压以下，场效应管基本上处于截止状态，无法正常工作。
4. 饱和电流（Saturation Current，简称IS）：饱和电流是指场效应管工作在饱和区时的漏极电流。
饱和电流的大小与栅极电压和漏极电压之间的关系有关。
5. 最大耗散功率（Maximum Power Dissipation，简称Pdmax）：最大耗散功率是指场效应管能够承受的最大功率。
超过最大耗散功率，场效应管可能会因过热而损坏。
6. 输入电容（Input Capacitance，简称Ciss）：输入电容是指场效应管的输入端（栅极）与输出端（漏极）之间的电容。
输入电容的大小会影响场效应管的输入阻抗和频率响应。
7. 输出电容（Output Capacitance，简称Coss）：输出电容是指场效应管的输出端（漏极）与地之间的电容。
输出电容的大小会影响场效应管的输出阻抗和频率响应。
8. 反馈电容（Feedback Capacitance，简称Crss）：反馈电容是指场效应管的输出端（漏极）与输入端（栅极）之间的电容。
反馈电容的大小会影响场效应管的稳定性和频率响应。
9. 输出导纳（Output Admittance，简称Yos）：输出导纳是指场效应管的输出端（漏极）对输入端（栅极）的导纳。
六种场效应管
六种场效应管场效应管，也称为放大管或开关管，是一种电子元件，常用于放大电路和开关电路中。
根据N沟道场效应管（N-channel）和P沟道场效应管（P-channel）的不同，可以将场效应管分为两类。
下文将详细介绍这六种场效应管的特点和应用。
1. N沟道增强型场效应管（N-channel Enhancement-mode MOSFET）N沟道增强型场效应管是一种常见的场效应管，其通道内没有形成倒转层，需要加正压才能导通。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗以及较高的放大能力。
N沟道增强型场效应管广泛应用于放大电路、开关电路、数字电路、感应器等。
2. P沟道增强型场效应管（P-channel Enhancement-mode MOSFET）P沟道增强型场效应管与N沟道增强型场效应管相似，但其通道内由P型材料构成，需要加负压才能导通。
P沟道增强型场效应管广泛应用于自动控制系统、电源管理、信号处理等领域。
3. N沟道耗尽型场效应管（N-channel Depletion-mode MOSFET）N沟道耗尽型场效应管是一种通道内部已经形成倒转层的场效应管，其导通状态是默认状态，需要施加负压才能阻断导通。
N沟道耗尽型场效应管常用于模拟电路、功率放大器、电源稳压器等领域。
4. P沟道耗尽型场效应管（P-channel Depletion-mode MOSFET）P沟道耗尽型场效应管与N沟道耗尽型场效应管类似，但其导通状态是默认阻断状态，需要施加正压才能导通。
P沟道耗尽型场效应管广泛应用于低电平开关、电源管理、信号选择等场合。
5. 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor，IGBT）绝缘栅双极晶体管是一种结合了MOSFET和双极晶体管特点的高压功率半导体器件。
IGBT具有高输入阻抗、低导通压降、高电流放大倍数等特点，在电力电子领域被广泛应用于变频器、电机驱动、逆变器等高压高功率设备中。
一文读懂场效应管的分类、结构以及原理
一文读懂场效应管的分类、结构以及原理场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写（FET））简称场效应管，是较新型的半导体材料，利用电场效应来控制晶体管的电流，因而得名。
它只有一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。
从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。
从场效应管的结构来划分，它有结型场效应管和绝缘栅型场效应管之分。
1.结型场效应管（1）结型场效应管结构N沟道结型场效应管的结构如下图所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的结构。
两个P区即为栅极，N型硅的一端是漏极，另一端是源极。
结型场效应管的结构示意图（2）结型场效应管工作原理以N沟道为例说明其工作原理。
当VGS=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VGS《0时，PN结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，ID将减小，VGS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VGS称为夹断电压VGS （off）。
（3）结型场效应管特性曲线结型场效应管的特性曲线有两条，一是输出特性曲线（ID=f（VDS）| VGS=常量），二是转移特性曲线（ID=f（VGS）|VDS =常量）。
N沟道结型场效应管的特性曲线如下图所示。
（a）漏极输出特性曲线（b）转移特性曲线N沟道结型场效应管的特性曲线2. 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（1）N沟道耗尽型绝缘栅场效应管结构N沟道耗尽型的结构和符号如下图（a）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VGS=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VGS》0时，将使ID进一步增加。
场效应管简介
绝缘栅场效应管(MOS管)
1、 的分类：绝缘栅场效应管也有两种结构 形式，它们是N沟道型和P沟道型。无论是什么沟道，它们又分为增强 型和耗尽型两种。 2、它是由金属、氧化物和半导体所组成，所以又称为金属—氧化物— 半导体场效应管，简称MOS场效应管。 3、绝缘栅型场效应管的工作原理(以N沟道增强型MOS场效应管)它是 利用UGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应电荷”形 成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流的目的。在制造管子时， 通过工艺使绝缘层中出现大量正离子，故在交界面的另一侧能感应出 较多的负电荷，这些负电荷把高渗杂质的N区接通，形成了导电沟道， 即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时，沟道内 被感应的电荷量也改变，导电沟道的宽窄也随之而变，因而漏极电流 ID随着栅极电压的变化而变化。 场效应管的工作方式有两种： 当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型；当栅压为零，漏极电流 也为零，必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。
基本特点
场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三
极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与 双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点： （1）场效应管是电压控制器件，它通过VGS来控制ID； （2）场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。 （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）由于不存在杂乱运动的少子扩散引起的散
绝缘栅场效应管
应用领域
场效应管（fet）是电场效应控制电流大小的单
极型半导体器件。在其输入端基本不取电流或电 流极小，具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、 制造工艺简单等特点，在大规模和超大规模集成 电路中被应用。 场效应器件凭借其低功耗、 性能稳定、抗辐射能力强等优势，在集成电路中 已经有逐渐取代三极管的趋势。但它还是非常娇 贵的，虽然现在多数已经内置了保护二极管，但 稍不注意，也会损坏。所以在应用中还是小心为 妙。
场效应管功能及参数介绍
2.2场效应管功能及参数介绍开关电源的基本电路由“交流一直转换电路”, “开关型功率变换器”, “控制电路”和整流稳波电路”而组成.输入的电网电压通过“交流一直流转换电路”中的整流和稳器转换成直流电,该直流电源作为“开关型功率变换器”的输入电源,经过“开关型功率更换器”将直流电转变为高频脉冲电波电压输出给“整流滤波电路”,变成平滑直流供给负载,控制电路则起着控制“开关型功率变换器”工作的作用.开关型功率变换器是开关电源的主电路,开关电源的能量转换,电压变换就由它承担.在直流变换器的基础上,由于高频脉冲技术及开关变换技术的进一步发展,出现了推挽式开关型功率变换器,全挢式开关型功率变换器,半挢式﹑单端正激式.单端反激式开关型功率变换器.其控制方法可分为脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频调制(PFM)两种.开关电源最重要的组件是MOSFET,它的开通和关短控制着整个电源运转.MOSFET原意是MOS(METAL OXIDE SEWILONDUCTOR,金属氧化物半导体)FET(FIELD DFFECT TRAHSISTOR,场效应晶体),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(0),利用电场的效应来控制半导体(S)的场效应晶体管.功率场应晶体管也分为结型绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semi Conductor FET),简称功率MOSFET(Power MOSPET).结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管(STATIC INTUCTION TRANSISTOR,缩写为SIT).其特点是用栅极电压来控制漏极电流,驱动电路简单,需要的驱动功率小,开关速度快,工作频率高,热稳定性优于GTR,电流容量小,耐压低,一般只适用于功率不超过10KW的电力电子装置.国际整流器公司.(在International Rectifier,缩写IR)把MOSFET用于高压的器件归纳为第3,6,9代,其中包括3,5代,而用于低压的则为第5,7,8代.功率MOSFET按导电沟通可分P沟道和N沟道;按栅极电压幅值可分为耗尽型(当栅极电压为零时漏,源极之间就存在导电沟道)和增强型(对于N或P沟道器,件栅极电压大珪或小于零时才存在导电沟道,功率MOSFET主要是N沟道增强型).2.2.1.功率MOSFET的结构功率MOSPET的内部结构和电气符号如下周所示,其导通时只有一种极性的载流子(多子)参与导电,是单极型晶体管.导电机理与小功率MOS管相同,但结构上有极大区别.小功率MOS管是横向导电器件,功率MOSFET大都采用垂直导电结构,又称为VMOSFET.大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力.按垂直导电结构的差异,又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET的结构为多元集.如国际整流器公司的HEXFET采用六边形单元;西门子公司的STPMOSFET采用了正方形单元;摩托罗拉公司的TMOS采用了矩形单元按“品”字形排列.2.2.2功率MOSFET的工作方式截止:漏极间加正电源,栅源极间电压为零.P基区与N漂移区之间形成的PN结,反偏;漏源极之间无电流流过.导电:在栅源极间加正电压Vgs,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过.但栅极的正电压会将其下P区中的空穴推开.,而将P区中的少子---电子吸引到栅极下面的P区表面.当Vgs大于UT(开启电压或阀值电压)时,栅极下面P区表面的电子浓度将超过空穴的浓度,P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而PN结缩小消失,漏极和源极导电.2.2.3功率MOSFET的基本特性1.静态特性其转移特性和转出特性如图所示漏极电流Id和栅源间电压Vgs的关系为MOSFET的转移特性.Id较大时,Id与Vgs的关系近似线性 ,曲线的斜率定义为跨导Gfs.在恒流区内,N信道增强型MOSFET的Id可近似表示为:id=Ido(Vgs/VT-1)² (Vgs>VT)图2.3 场效应管的静态特性或取Ido是Vgs=2Vt时的id值MOSFET的漏极伏安特性(输出特性)与GTR的对应关系为:截止区对应于GTR的截止区;饱和区对应于GTR的放大区;非饱和区对应于GTR的饱和区.MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换.MOSFET漏源极之间有寄生二极管,漏源极间加反向电压时器件导通.功率MOSFET的通态分数,对器件幷联时的均流有利.2.动态特性其测试电路和开关过程如下图所示,开遍延迟时间Td(on)指Vp前沿时刻到Vs等于Vt幷开始出Id的时刻间的时间段.上升时间Tr指Vgs上升到MOSFET进入非绝和区的栅压Vgsp的时间段.Id稳态值由漏级电源电压Ve和漏级负载电阻决定.Vgsp的大小和Id的稳态值有关.Vgs达到Vgsp后,在Vp作用下继续升高直至达到稳态,但Id已不变.开通时间ton指开通延迟时间与上升时间之和.关断延迟时间td(off)指Vp下降到零起,Cin通过Rs和Rg放电,Vgs按指数曲线下降到Vgsp时,Id开始减小为零的时间段.下降时间在指Vgs从Vgsp继续下降起,Id减小,到Vgs<Vt时沟道消失,Id下降到零为止时间段.关段时间 toff指关断延迟时间和下降时间之和.3.MOSFET的开关速度MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系.使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Ro,减小时间常数,加快开关速度.MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速.它的开关时间在10~100ns之间,工作频率可迖100KHE以上,是主要电力电子器件中最高的. 场控器件静态时几乎不需输入电流.但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动动率.开关频率越高,所需要的驱动功率越大.图2.4 场效应管的开关波形4.动态性能的改进在器件应用是除了要考虑器件的电压,电流,频率外,还必须牚握在应用中如何保护器件,不使器件在瞬志变化中受损害.晶间管是两个双极型晶体管的组合,又加上因大面积带来的大电容,所以,其dv/dt能力是较为脆弱的.对di/dt来说,它还存在一个导通区的扩展问题,所以也带来相当严格的限制.功率MOSFET的情况有很大的不同.它的dv/dt及di/dt的能力常以每纳秒的能力来估量.尽管如此,它也存在动态性能的限制,对于这些,我们可以以从功率MOSFET的基本结构予以理解.图2.5 功率MOSFET的等效电路如图2.5所示,除了考虑器件的每一部分存在电容以外,还必须考虑MOSFET还幷联着一个二极管,同时,从某个角度看,它还存在一个寄生晶体管(就像IGBT)也寄生着一个晶间管一样),这几个方面是研MOSFET动态特性很重要的因素.首先,MOSFET结构中所附带的寄生二极管具有一定的雪崩能力.通常用单次雪崩能力和重复雪崩能力来表迖.当反向di/dt很大时,二极管会承受一个速度非常快的脉冲尖制,它有可能进入雪崩区,一旦超越其雪崩能力就有可能将器件损坏.对于任一种PN结二极管来说,仔细研究其动态特性是相当复杂的.它们和我们一般理解PN结正向时导通而反向时阻断的简单概念很不相同.当电流迅速下降时,二极管有一阶段失去反向阻断能力,即所谓反向恢复时间.PN结要求迅速导通时,也会有一段时间幷不显示很低的电阻.在功率MOSFET中,一旦二极管有正向注入,所注入的少数载流子也会增加,是作务多子器件的MOSFET的复杂性.应在功率MOSFET的统计过程采取措施,使其中的寄生晶体管尽量不起作用.在不同代的功率MOSFET中所采取的措施有所不同,但总的原则是使漏极下的横向电阻Rb的值尽量小.因为,只有在漏极N区下的横向电阻流过足够电流,为这N区功力正偏的条件下,寄生的双极性晶阐管才开始发难.然而,在严峻的动态条件下,因dv/dt通过相应电容引起的横向电流可能足够小.此时,这个寄生的双极性晶体管就会启动,有可能给MOSFET带来损坏,所以,考虑瞬志性能时,对功率MOSFET器件内部的各个电容都必须予以注意.2.3.4 MOSFET的主要参数1.漏源击穿电压Udss:Udss通常为结温在25℃ ~150℃之间,对漏源极的击穿电压.该参数限制了MOSFET的最高工作电压,常用的MOSFET的Udss通常在1000V以下.尤其以500V及以下器件的各项性能最佳.需要注意的是,常用的MOSFET的漏源击穿电压具有正温度系数,因此在温度低于测试条件时,Udss会低于产品手册中给出的资料.2.漏极连续电流额定Id和漏极脉冲电流峰值Idm:这是标称电力MOSFET电流定额的参数,一般情况下,Idm是Id的2~4倍.工作温度对器件的漏极电流影响很大,生产厂商通常也会给出不同壳温下,允许的漏极连续电流变化情况.在计算实际器件参数时,必须考虑其损耗及散热情况得出壳温,由此核算器件的电流定额.通常在壳温为80~90℃时,器件可用的连续工作电流只有Tc=25℃时Id的60%~70%.3.漏源通态电阻Rds(on):该参数是栅源间施加一定电压(10~15V)时,漏源间的导通电阻,漏源通态电阻Rds(on)直接影响器件的通态降及损耗,通常对于额定电压低﹑电流大的器件,Rds(on)较小.此外, Rds(on)还与驱动电压及结温有关.增大驱动电压,可以减小Rds(on). Rds(on)具有正的温度系数随着结温的升高而增加,这一特性使MOSFET幷联运行较为容易.4.栅源电压Ugss:由于栅源之间的SiQ2绝缘层很薄,Ugs｜>20V时将导致绝/缘层击穿.因此在焊接﹑驱动等方面必须注意.5.跨导Gfs:在规定的工作点下,MOSFET转移特性曲线的斜率称为该器件跨导,即Gfs=Did/dugs6.极间电容:MOSFET的三个电极之间分别存在极间电容Cgs﹑Cgd和Cds.,一般生产厂商提供的是漏源极短路时的输入电容Ciss﹑共源极输出电容Coss和反向转移电容Crss.它们之间的关系是:Ciss=Cgs+CgdCrss=CgdCoss=Cgd+Cds尽管MOSFET是用栅源间电压驱动的,阻抗很高,但由于存在输入电容Ciss,开关过程中驱动电路要对输入电容充放电.这样,用作高频开关时,驱动电路必须具有很低的内阻抗及一定的驱动电流能力.2.2.5米勒效应与米勒电容值和三极管一样,米勒效应和米电容值是MOSFET高频环路的一重要参数,在图下44中是一个简单的高频晶体管模型,图中产生一个负载电阻连接到输出,在这里我们确定电流增益,目的就是为了论证米勒效应.在输入结点a上,我们利用KCL电流环路,可以写出如下方程:Ii=jwCgsVgs+jwCgd(Vgs-Vds) ①在这里Ii是输入电流,类似地在输出结点b上的点输出电流为:Vds/RL+gmVgs+jwCgd(Vds-Vgs)=0 ②我们可以联立①②消去Vds,输入电流可以为:Ii=jw{Cgs+Cgd[1+gmRL/1+jwRLCgd]}Vgs ③一般情况下,(wRLCgd)远比1小,因此我们可以忽略jwRLCgd,因此③方程可以写为:Ii=jw[Cgs+Cgd(1+gmRL)]Vgs ④而由我们以前关于米勒电容的描述方程,参数Cm,即米勒电容值可表示如下:Cm=Cgd(1+gmRL).在方程⑤中可以清楚地表明附加D极迭加电容的等效容值,当晶体管被偏置在饱和区时,作为放大电路中,总的Cgd电容值主要是迭加电容,由于米勒效应迭加电容会翻倍,并且在一个限定的放大宽带里会变成一个有意义的参数,追求小的迭加电容是其结构的又一挑战.MOSFET的关断频率ft被定义为在电流增益为1时的频率,或是输入电流Ii的幅值等于理想负载电流Id,即Ii=jw(Cgs+Cm)Vgs;理想负载电流:Id=gmVgs ⑥因此电流幅度的增益为:∣Ai∣=∣Id∣/∣Ii∣∣Ai∣＝∣Id∣/∣Ii∣=gm/2πf(Cgs+Cm) ⑦∣Ai∣=1,我们可以得到关断频率Ft=gm/2π (Cgs+Cm) = gm/2πCG在这里CG是一个输入g极电容的等效值.2.2.6 MOSFET的驱动驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口,是实现主电路中电力电子器件按照预定的设想运行的重要环节.采用性能良好驱动电路,可以使电力电子器件工作在较为理想的开关状态,缩短开关时间,减小开关损耗.此外,对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中,或通过驱动电路实现,因此驱动电路对装置的运行效率﹑可靠性和安全性都有重要的影响.驱动电路的基本任务是将控制电路发出的信号转换为加在电力电子器件控制端和公共端之间﹑可以使其开通或关断的信号.同时驱动电路通常还具有电气隔离及电力电子器件的保护等功能.电气隔离是实现主电路间电量的隔离,在含有多个开关器件的电路中,电气隔离通常是保证电路正常工作的必要环节,同时电气隔离可以减少主电路开关噪声对控制电路的影响,幷提高控制电路的安全性.电气隔离一般采用光隔离(如光耦合器)或磁隔离(如脉冲变压器)来实现.MOSFET为电压驱动型器件,其静态输入电阻很大,所以需要的驱动功率较小.但由于栅源间﹑栅射间存在输入电容,当器高频通断时,电容频繁充放电,为快速建立驱动电压,要求驱动电路输出电阻小,且具有一定的驱动功率.MOSFET开通的栅源极间驱动电压一般取10~15V,在器件关断时,对器件施加反向电压可减小关断时间,保证器件可靠关断,反向电压一般为0~15V.此外,在栅极驱动回路中,通常需串入一个低值电阻(数欧至数十欧),以减小寄生振荡,该电阻阻值应随被驱动器件电流额定值的增大而减小.2.2.7 MOSFET的栅极驱动电流和驱动电阻的算法在MOSFET的驱动中,它不像双晶体一样,要使用精确的逆向电流才能使晶体管关闭,这是由于MOSFET为多数载流子的半导体,因此只要将栅极额到源极电压移去,就可将MOSFET关闭.移去栅极电压时,这时漏源之间会呈现很高的阻抗,因而除了漏电流外,可抑制其它电流的产生.MOSFET的直流输入阻抗是非常高的.在Vgs等与10V时,其栅极电流只是毫安级的.因此一旦栅极被驱动起来,在Vgs等与10V时,这个电流可以被忽略.然而,在栅-源极间有一个相当大的电容值,这就需要一个相对大的电流值,使栅极至源极电压脉冲波必须传输足够的电流,在期望的时间内,给输入电容器充电, 假如Vgs等与10V时来驱动栅极的开关来控制漏极电流的开关速率,在这里栅极驱动电流值一定要被精确算出来.在图2.6中,在Vgs等与10V时,Ig由两部分I1和I2组成,包括两个电容C1何C2.其中是栅极到源极的的结电容,可用Ciss来表示,C2是栅极到漏极的结电容,可用Crss来表示.对于在开通时间Tr,栅-源电压为10V时,栅极所需的驱动电流I1为图2.6 场效应管的工作电路然而,当驱动电流达到10V时,漏极的开关电压是从Vdc到Vgs之间的变动,有时会被带的更低.由于在此期间C2最高变动电压为Vdc,最低变动为10V.所以在此期间其所需的驱动电流I2为此外,驱动电压源阻抗Rg必须很低,目的就是为了实现晶体管的高速开关作用,这里我们有下面一个简略的公式可以大体算出2.2.8 MOSFET栅极驱动的优化设计MOS管的驱动对于MOS管的工作效果起着决定性的作用.我们往往既要考虑减少开关损耗,又要求驱动波形较好,即振荡小.过冲小,EMI 小,这往往是立相矛盾的;需要寻求一个平衡点即驱动电路的优化设计.优化驱动电路设计包含两个部分,一是最优化的驱动电流,电压的波形,二是最优化的驱动电压,电流的大小.在驱动电路优化设计之前我们必须先清楚MOS管的模型,MOS管的开关过程,MOS[管的栅极电荷以及MOS管有的输入输出电荷,跨越电荷,等效电荷等参数对驱动的影响.(1)MOS管的模型MOS管的等效电路模型及寄生参数如下图所示.其中LP和R9代表封装端到实际的栅极间线路的电感和电阻.C1代表从栅极到源端N4间的电阻,它的值是由结构因的.C2+C4代表从栅极到源P区间的电容,C2是电介质电容,其值是因定的,而C4由源极到漏极的耗尽区的大小决定,幷随栅极电压的大小而改变.当栅极电压从0升到Vgs(th)时,C4使整个栅极源电容增加10%~15%.C3+C5也是由一个固定大小的电介质电容和一个可变电容构成,当漏极电压改变极性时,其可变电容变得相当大.C6也是随漏极电压变换的漏涛电容.MOS管的输入ˋ输出电容ˋ跨越电容和栅源电容,栅漏电容,漏源电容间的关系如下:Ciss=Cgs+Cgd~C1+C4+C5;(Crss=Cgd~C5)Coss=Cds+Cgd~C5+C6(2)MOS管的开通过程开关管的开关模式电路如下所示,二极管可以是外接的或MOS管已有的,.开关管在开通时的二极管电压,电流波形如下图所示.在图中阶段1.开关管关断,开关电流为零,此时二极管电流和电感电流相等;在阶段2开关打开,开关电流上升,同时二极管电流下降.开关电流上升的斜率和二极管电流下降的斜率的绝对值相同,符号相反;在阶段3开关电流继续上升,二极管电流继续下降,幷且二极管从负的反向最大电流Irrm开始减小,开关管的从正的最大电流也开始减小,它们斜率的绝对值相等;在阶段5开关管完全开通,二极管的反向恢复完成.开关管电流等于电感电流.下图二是存储电荷高或低的两种二极管电流,电压波形.从图中我们可以看出存储电荷少,即在空载或轻载时是最坏条件.所以我们优化驱动电路设计时应着直考虑前置电流低的情况,即空载或轻载的情况,应使这时二极管产生的振动在可接受范围内.(3)栅极电荷Qg和驱动效果的关系栅极电荷Qg是使栅极电压0从升到10v所需的栅极电荷,它可以表示为驱动电流X开通时间或栅极电容X栅极电压.现在大部分MOS 管的栅极电荷Qg值从几十nC到一二百nC.栅极电荷Qg包括栅极到源极电荷Qgs和栅极到漏极电荷,Qgd,即密勒电荷.Qgs是使栅极电从0升到门限值(约3v)所需电荷;Qgd是漏极电压下降时克服密勒效应所需电荷.这存在于Vgs,曲线比较平坦的第二段(如图一所示),此时栅极电压不变,栅极电荷积聚而漏极电压急剧下降,也就是在这时候需要驱动尖峰电流限制,这由苾片内部完成或外接电阻完成.实际的Qg还可以略大,以减小等效Ron,但是太大也不益,所以10v到12v的驱动电压是比较合理的.这还包含一个重要的事实:需要一个高的尖峰电流以减小MOS管损耗和转换时间.重要的是,对于IC来说,MOS管的平均电容负荷幷不是MOS管的输入电容Ciss,而是等效输入电容Ceff:Ceff=Qg/Vgs,即整个0<Vgs<Vgs(th)的等效电容,而Ciss只是Vgs=0时的等效电容.漏极电流大Qg波形的Qgd阶段出现,此时漏极电压依然很高,MOS管的损耗此时最大,幷随Vds的减小而减小.Qgd的大部分用来减小Vds 从关断电压到Vgs(th)产生的密勒效应.Qg波形第三段的等效负载电容是: Ceff=[Qg-(Qgd+Qgs)]/[10v-Vgs(th)](4)优化栅极驱动设计在大多数的开关功率应用电路中,当栅极被驱动,开关导通时漏极电流上升的速度是漏极电压下降速度的几倍,这将造成功率损耗增加.为了解决问题,我们可以增加栅极驱动电流,但增加栅极驱动电流上升斜率又将带来过冲.振荡EMI等问题.为了优化栅极驱动设计,这些互相矛盾的要求必须寻求一个平衡点,而这个平稀点就是开关导通蛙漏极电流上升的速度和漏极电压下降速度相等这样一种波形,理想的驱动波形如下图所示:图中的Vgs波形包括了这样几部分:Vgs第一段是快速上升到门限电压;Vgs第二段是比较缓的上升速度以减慢漏极电流折上升速度,但此时的Vgs也必须满足所需的漏极电流值;Vgs第四段快速上升使漏极电压快速下降;Vgs第五段是充电到最后的值.当然,要得到完全一样的驱动波形是很困难的,但是可以得到一个大概的驱动电流波形,其上升时间等于理想的漏电压下降时间或漏极电流上的时间,幷且具有足够的尖峰值来充电开关期间的较大等效电容.该栅极尖峰电流Ip的计算是:电荷必须完全满足开关时期的寄生电容所需,即Qg=Ip*ton/2 而Qg=Ciss[2.5Vgs(th)+Id/Gm]+Crss(Vdd-Vgs(th))其中ton=tn+td+tr 所以Ip=2/ton Ciss[2.5Vgs(th)+Id/Gm]+Crss[Vdd-Vgs(th)]2.2.9.MOS上的热耗计算半导体的失效率通过多年的测试才能更好的估计出与温度之间的关系,在这里重现出内部的图面,如下所示:这是一幅从统计学上预计了NPN硅晶体管的特性,它也表明了一般大多数电子元器件随温度上升的快速增长失效率.特别是在高温下,其作用十分明显.如一个晶体管在180度时的寿命只有在25度时的1/20,或者可以说有20倍的失效率.图2.7 半导体内部的图面明显的,当有更多的类型的元器件导入到电源中时,其失效率就对高温更加的敏感.因此,对一个电源来讲,必须考虑它的温升,在组件的选用时更是如此.因此在这里考虑MOS的温升是十分有必要的.(1)在MOS上的热量分析(与电路中的电流相当)明显,根部是管中最热的地方,由左向右传递,最后到达散热器中,这个散热器与空气环境相连.存在一个热传导器与散热器相连.其传导率Q由Fourier定理来求:Q=(A*Td)/(L*Rθ)在此,Q为热率, Td为两部分的温度差,A为穿过部分的面积,L为传导长度也即传导宽度. Rθ为结与空气间的热阻.A和L是物理数据,在此可以近似的表示为:QαTd/Rd 与 I=V/R 相似的但这一公式只适用于一般的固体热传导.若是用热管来传导,将有一个不是线性的热阻,则就不遵循这一平衡.而在热传导不好的金属中,在一般的晶体温度下各种随温度的热阻是微不足道的,可以把其忽略.(2)热阻Rθ(相当于电路中的电阻)任以以上为例,假定消耗了10J/S(Q=10W),热量也跟着消耗(在此相对于10A电流)将加重内部的温差Td, 在热阻上相应的就有热量发出.当一稳态被建立,在内部的温度可能被聚集起来由于温度的上升和热阻的散热.在本例中,是由边缘的表面与空气交换温度.内部温度恒定,其它形式的温度在内部能通过由右到左集累.如图,可见其关系式图2.8 热阻等效由上图可见,可以认为有三个热阻Rjc,Rch,Rha.其中从右至左, Rha是最重要的,因它在其中是最大的.它指由边缘传热到空气中的热阻值.第二个Rch指有一个来自边缘通过云母绝热片,到达MOS的表壳.而最后一个Rjc是指壳到内部结点的热阻.为方便,可以认为每一部分的热阻都是独立的,在内部开始交换.这样,等同于电路中的电阻,则有其整个的热阻为Rθ= Rjc+Rch+Rha.可以用这个来衡量由结点到空气的总的温度差.用公式表示为:T=Q*Rθ (其中的T为温升, Q为结点上的消耗.)(3)结温的计算由以上可见,因损耗机易被知道,MOS的结温很容易就被建立.而在实际中,开关模式中的损耗是机难建立的,由于这样的因素,我们必须建立热模型,通过测俩不同的温度下穿过内部已知热阻的热量来算.温差可以由每秒中结上产生的热量和热阻来定义.由前图给出,已知热率和温差.对每一个热器件,可以用下式表示:△T=Wj* Rθ (其中△T为温差, Wj为结上的损耗)不同内部的温度可以用下式表示:热器表面温度Th:Th=( Wj* Rha)+Tamb (其中的Tamb为空气温度)MOS表面的温度:Tds=[ Wj*( Rch+Rha)]+ Tamb结温度是整个穿过组件的温度,包括环境温度:Tj=[ Wj*( Rjc+Rch+Rha)]+ Tamb由以上可知,如果在结上的能耗和热阻到热器或者散热器上的损耗已知,那幺这个结和内部的温度就可以被清楚计算,若果散热器上的温度被测量出来和热阻已知的情况下,结温损耗也就可以知道了.。
场效应管型号
场效应管型号1. 引言场效应管（Field-Effect Transistor，简称 FET）是一种常用的半导体器件，它通过控制电场来调节导电性能。
不同型号的场效应管具有不同的特性和用途。
本文将介绍几种常见的场效应管型号及其主要特点。
2. 轻度增强型 MOSFET轻度增强型 MOSFET（Enhancement Mode MOSFET，简称EMMOSFET）是一种N沟道或P沟道的增强型场效应晶体管。
它的主要特点包括低阻抗、高频响应和低静态功耗。
EMMOSFET广泛应用于功率放大器、开关电源和逆变器等领域。
2.1 特征参数•最大漏极电流（IDmax）：数十至数百安培•最大耗散功率（PDmax）：几瓦至几十瓦•开启电压（Vth）：通常为正数，-2V至-4V•饱和电压（Vsat）：几百毫伏至几十伏2.2 应用领域•功率放大器•开关电源•逆变器•热敏电阻器3. 增强型 MOSFET增强型 MOSFET（Enhancement Mode MOSFET，简称EMOSFET）与 EMMOSFET 相似，但其开启需要施加正电压。
EMOSFET具有低开启电压、高放大倍数和较高的开关速度，并且使用方便。
3.1 特征参数•最大漏极电流（IDmax）：数十至数百安培•最大耗散功率（PDmax）：几瓦至几十瓦•开启电压（Vth）：通常为正数，0.5V至2.5V•饱和电压（Vsat）：几百毫伏至几十伏3.2 应用领域•放大器•时钟电路•电容器•传感器4. 压控场效应管压控场效应管（Voltage-Controlled Field-Effect Transistor，简称 VCFET）是一种具有调节电阻的场效应管。
它具有高输入阻抗、低输出阻抗和很小的输入电流。
4.1 特征参数•控制电压（Vc）：0V至-20V•输入电流（Iin）：几微安到几毫安•输出电阻（Rout）：几十欧姆至几百欧姆4.2 应用领域•自动增益控制器•声音吸收器•电流源5. 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管（Insulated-Gate Field-Effect Transistor，简称 IGFET）是一种集成电路中常用的场效应管。
全系列场效应管参数
全系列场效应管参数场效应管（Field Effect Transistor，FET）是一种电子器件，广泛应用于电子电路中的放大、开关和调节等功能。
场效应管有三种主要类型：结型场效应管（JFET）、金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）和绝缘体门极场效应管（IGFET）。
（一）结型场效应管（JFET）结型场效应管是最早出现的一种场效应管。
它可以分为N沟道型（N-channel）和P沟道型（P-channel）两种。
1.N沟道型JFET的主要参数：（1）漏极电流（IDSS）：即在栅极与源极之间施加零偏压时，漏级电流的最大值。
它是JFET工作时的参考电流。
（2）增益参数（gm）：漏极电流对栅极-源极电压变化的响应速度，也是电流放大系数。
（3）转导电导（gm）：指沟道中的电流与栅极电压之间的关系。
（4）金属-半导体界面反向电容（Cgd）：栅极-漏极间的电容。
（5）漏极电流温度系数（IDSS/°C）：指漏极电流随温度变化的百分比。
2.P沟道型JFET的主要参数与N沟道型类似。
（二）金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）金属氧化物半导体场效应管是目前最常用的场效应管。
它也可以分为N沟道型和P沟道型两种。
1.N沟道型MOSFET的主要参数：（1）漏极电流（ID）：漏极电流的大小。
（2）增益参数（gm）：漏极电流对栅极电压变化的响应速度，类似于JFET中的增益参数。
（3）沟道电阻（RDSon）：沟道中的电阻。
（4）栅极电压范围（VGS）：栅极电压的最大允许范围。
（5）漏极-源极电流温度系数（ID/°C）：指漏极-源极电流随温度变化的百分比。
2.P沟道型MOSFET的主要参数与N沟道型类似。
（三）绝缘体门极场效应管（IGFET）绝缘体门极场效应管是一种特殊的MOSFET，其中绝缘层用于隔离栅极和沟道。
1.二极管结型（D-MOSFET）的主要参数：（1）漏极电流（ID）：漏级电流的大小。
（2）增益参数（gm）：漏级电流对栅极电压变化的响应速度。
八脚芯片4606场效应管参数
八脚芯片4606场效应管参数一、前言八脚芯片4606场效应管是一种常用的电子元器件，广泛应用于各种电路中。
本文将对该芯片的参数进行详细介绍。
二、八脚芯片4606场效应管简介八脚芯片4606场效应管是一种N沟道MOSFET晶体管，其主要特点包括：1. 高压负载能力：可承受高达60V的电压。
2. 低开启电流：开启电流仅为1mA左右。
3. 高阻抗：输入阻抗大于100MΩ，输出阻抗小于0.5Ω。
4. 快速开关速度：可实现微秒级的快速开关。
5. 温度稳定性好：工作温度范围为-55℃至150℃。
三、八脚芯片4606场效应管参数1. 静态参数：（1）漏极-源极电压（VDS）：最大值为60V，建议工作电压不超过40V。
（2）栅极-源极电压（VGS）：最大值为±20V，建议工作电压不超过12V。
（3）漏极静态电流（IDSS）：在VGS=0时，漏极电流的最大值为10mA。
（4）栅源阈值电压（VGS(th)）：在ID=1mA时，栅源电压的最小值为2V。
2. 动态参数：（1）输出电容（Coss）：在VDS=20V和VGS=0V时，输出电容的典型值为400pF。
（2）输入电容（Ciss）：在VDS=20V和VGS=0V时，输入电容的典型值为200pF。
（3）反向传导系数（Crss）：在VDS=20V和VGS=0V时，反向传导系数的典型值为15pF。
四、应用场景八脚芯片4606场效应管广泛应用于各种高频、高压、高速开关电路中。
例如：1. 交流/直流变换器2. 逆变器3. 开关稳压器4. 高频功率放大器5. 闪光灯控制器五、使用注意事项1. 在使用前，请仔细阅读数据手册，并按照手册中的规定进行正确接线和操作。
2. 在使用时，请注意保护芯片，并避免受到静电干扰。
3. 在进行高压实验时，请务必采取相应安全措施，确保人身安全。
4. 在进行高温实验时，请注意芯片的散热，以防止芯片过热而损坏。
六、结语本文对八脚芯片4606场效应管的参数进行了详细介绍，并列举了其主要应用场景和使用注意事项。
场效应管参数解释
场效应管参数解释场效应管是一种半导体电子器件，由于其结构简单、工作可靠、功耗低等特点，被广泛应用于电子系统中的放大、开关和调制等功能。
场效应管具有许多参数，包括漏极电流IDSS、泄漏漏射电流IGSS、栅-源漏极电容CGS、栅-漏极电容CGD、漏-源电导GDS等。
这些参数对场效应管的性能和使用条件有重大影响。
以下将详细介绍场效应管的各个参数及其解释。
首先是漏极电流IDSS。
场效应管的漏极电流IDSS是在栅源极间电压为零时，漏极源极间的电流。
它是栅源极间电压为零时，漏极源极间的电流。
这个参数反映了当栅源极间电压为零时，场效应管的漏极到源极间的电导能力。
IDSS较大的场效应管具有较高的输出功率和较低的输出电阻。
其次是泄漏漏射电流IGSS。
泄漏漏射电流即栅源极间电流IGSS，是指当栅源极间电压为零时，泄漏到栅极电流。
这个参数是反映了场效应管的负向电流转导能力。
泄漏漏射电流较小的场效应管在关断状态下，泄漏电流较小。
接着是栅-源漏极电容CGS。
栅-源漏极电容是指在反向偏置条件下，栅极与源极间以及栅极与漏极间的电容。
这个参数是影响场效应管的高频性能的重要参数。
较小的栅-源漏极电容可以提高场效应管的高频特性。
然后是栅-漏极电容CGD。
栅-漏极电容是指在反向偏置条件下，栅极与漏极间的电容。
它是场效应管的输入电容，对于高频应用来说是一个重要参数。
较小的栅-漏极电容可以提高场效应管的频带宽度和工作速度。
最后是漏-源电导GDS。
漏-源电导是场效应管的输出电导。
它是指在恒定栅极-源极电压下，漏极-源极间的电导。
这个参数反映了场效应管的放大能力。
较大的漏-源电导可以提高场效应管的放大倍数。
除了以上的参数，场效应管还有一些其他重要的参数，如最大漏极电流ID、最小绝缘电阻RDS（ON）、漏源结电容CDS等。
最大漏极电流ID是指场效应管能够承受的最大漏极电流。
当实际工作时，漏极电流不应超过这个值，否则会导致器件损坏。
最小绝缘电阻RDS（ON）是指场效应管的漏-源电阻。
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N+ N型感生沟道 P
N+
ID
N+ N型感生沟道 P
N+
一但出现了感应沟 道，原来被P型衬底隔 开的两个N+型区(源极 和漏极)，就被感应沟 道连在一起了。因此， 在漏源电压的作用下， 将有漏极电流ID产生。 能形成导电沟道的最小 栅源电压，叫开启电压 UGS（th）。
4.8,
4.10, 4.11,
4.13,
4.15
最大漏源电压BUDS
• 最大漏源电压 是指漏极电流 开始急剧上升， 发生雪崩击穿 时所对应的 UDS值。
BU DS
漏极特性曲线
漏极最大耗散功率PDSM
PDS U DS I D PDSM
PDSM与三极管的PCM意义相同
N沟道耗尽型绝缘栅场效应管
1. 结构及符号
源极
S
栅极
G
漏极
D
正离子
D 漏极
U GS ( th）
低频跨导gm
• 在UDS＝常数时， 漏极电流的微变量 与引起这个微变量 的栅源电压的微变 量之比称为跨导， 即
I D
U GS
I D gm |U U GS
DS const
跨导gm反映了栅 源电压UGS对漏极电流 ID的控制能力。它相 当于转移特性上工作 点处的斜率。
I D f (U DS ) |U
GS const
漏极特性曲线
从漏极特性曲线上可以划分为四个区，即： 可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。
可变电阻区
此区域内，UDS 很小，对沟道的影 响可忽略，导电沟 道主要受UGS的控制。 UGS越大，导电沟道 越宽，呈现出的电 阻就越小。
漏极特性曲线
ID
I D f (U GS ) |U
DS const
主要参数
• 开启电压UGS（th） • 低频跨导gm • 最大漏源电压BUDS • 漏极最大耗散功率PDSM
开启电压UGS（th） • 当UDS为某一固 定值时，使沟道 将漏、源极连接 起来的最小栅源 电压UGS就是开 启电压UGS（th） 它只适用于增强 型场效应管。
特点
• 基本上不需要信号源提供电流； • 输入阻抗很高（可达109~1015Ω）； • 受温度和辐射等外界因素影响小， 制造工艺简单、便于集成化等； • 只有多数载流子参与导电，所以又 称其为单极性晶体管。
场效应管的分类
• • • • 按封装形式分：塑料封装和金属封装 按功率大小分：小功率、中功率和大功率 按频率特性分：低频管、中频管和高频管 按结构特点分：结型（JFET）和绝缘栅型 （MOSFET） • 按导电沟道的不同还可分为：N沟道和P沟道， 而绝缘栅型又可细分为N沟道增强型和耗尽型， P沟道增强型和耗尽型两种。
4.6 场效应管 •概述 •场效应管的分类 •N沟道绝缘栅型场效应管 （NMOS管）
概述
• 场效应管是利用电场效应来控制半导体中的载 流子，使流过半导体内的电流大小随电场强弱 的改变而变化的电压控制电流的放大器件。其 英文名称为：Metal Oxide Semiconductor
简称为MOS管。
• 场效应管的外型与晶体管（三极管）相似，但 它除了具有三极管的一切优点以外，还具有如 下特点：
N N
N型导电沟道 P型硅衬底
Si O2
G 栅极
S 源极
符号
结构图
工作原理
1. 在UDS为常值的条 件下，当UGS=0时，由 于漏、源间有原始导 电沟道存在，因此在 漏源电压UDS的作用下， 漏、源间有电流，其 电流称为原始导电沟 道形成的漏极电流， 用IDSS 表示。
N+ N型感生沟道 P
N+
漏极特性曲线
当UGS> UGS（th）时，如图所示，则UDS在 较小范围内变化且增大时，漏极电流ID将随 UDS增加而呈线性增加。
恒流区
当UDS较大时，出 现恒流特性，ID不再 随UDS的增大而增大 而是趋于饱和。在恒 流区，ID仅受UGS的 控制，与UDS无关 。
漏极特性曲线
夹断区（截止区）
UGS< UGS（th）
N+
N+
漏极特性曲线
当0 UGS< UGS（th）时，导电沟道没有有效形成， 场效应管仍处于截止状态， ID0 。
击穿区
• 在一定的UGS下， 当UDS增大到某 一数值时，漏极 电流ID急剧增加， 称为场效应管被 击穿。
漏极特性曲线
转移特性曲线——输入特性
场效应管 结型
绝缘栅型 （MOS管）
增强型 耗尽型
N沟道 耗尽型
D G S G
P沟道 耗尽型
D
N沟道
D S
P沟道
D
N沟道
D
P沟道
D
G
S
G
S
G
G
S S
N沟道绝缘栅型场效应管 （NMOS管）
•N沟道增强型 绝缘栅场效应管 •N沟道耗尽型 绝缘栅场效应管
N沟道增强型绝缘栅场效应管 • 结构及符号 • 工作原理 • 特性曲线 • 主要参数
N N
N型导电沟道 P型硅衬底
Si O2
结构图
3. 当UGS为正时，沟道中感应的电子数量增 多，沟道电阻减小，则漏极电流增大。由此可 见耗尽型绝缘栅场效应管，由于存在原始电子 沟道，不论栅源电压为零、为正或为负均可工 作，这是该管的重要特点。
特性曲线
ID (mA) 5 4 3 -1V 2 1 0 5 10 15 -2V IDSS UGs=0V
当 uGS (off ) uGS 0时
1V
I D I DSS (1
u GS u GS ( off )
ID (mA)
)2
-3V
20 U (V) Ds UGs(off) 0 UGs(V)
N沟道耗尽型绝缘栅场效应管特性曲线 (a) 输出特性曲线 (b) 转移特性曲线
本章作业 P199
4.2, 4.3(b),(c) 4.5, 4.S
栅极
G
漏极
D
Al
N
D 漏极
N
SiO2
G 栅极
B 衬底
S 源极
P型硅衬底
符号
B 衬底
结构图
工作原理
• 绝缘栅场效应管是 利用栅源电压的大 小，来改变半导体 表面感应电荷的多 少，从而控制漏极 电流的大小。
S G D
N+ P
N+
1.UGS=0时，没 有导电沟道
G S D
2.UGS>UGS（th）时，出现N沟道
源极
S
栅极
G
漏极
D
正离子
N N
N型导电沟道 P型硅衬底
Si O2
结构图
2. 当UGS为负时(外加 反向电压)，由于沟道 中感应的电子数减少， 沟道电阻增大，使漏 极电流减小。当UGS= UGS（off)时，沟道完全 被夹断，ID=0
源极
S
栅极
G
漏极
D
正离子
工作原理总结
增强型绝缘栅场效应管只有在 UGS＞ UGS（th）时，调节UGS的大小， 可改变导电沟道的厚度，从而在相同 的UDS 作用下，有效的控制漏极电流
ID的大小，即电压控制电流特性。
特性曲线
• 漏极特性曲线 ——输出特性 • 转移特性曲线 ——输入特性
漏极特性曲线 ——输出特性
• 漏极特性曲线 是指在一定的 栅源电压UGS作 用下，漏极电 流ID与漏源电 压UDS之间的关 系曲线：