项目3场效应管及其应用
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图3.1 绝缘栅型场效应管的结构和符号
• 3.1.2结型场效应管 • 1. 结型场效应管的结构、符号和工作原理 • 结型场效应管也分成N沟道和P沟道两种类型。N沟道结型场效应管的结构和符号
如图3.6(a)和图3.6(b)所示。它是用一块N型半导体作衬底，在其两侧做成两个杂质 浓度很高的P型区，形成两个PN结。从两边的P型区引出两个电极并在一起，成为 栅极G；在N型衬底的两端各引出一个电极，分别叫做漏极D和源极S。两个PN结 中间的N型区域，叫做导电沟道，它是漏极和源极之间的电流通道。 • 如果用P型半导体做衬底，则可构成P沟道结型场效应管，其符号如图3.6(c)所示。 N沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别，在于栅极的箭头指向不同，但都是由 P区指向N区。
2.N沟道结型场效应管的特性曲线 栅源电压对漏极电流的控制关系用转移特性曲线表示出来，如图3.8所示。
图3.8 栅源电压对漏极电流的转移特性曲线
转移特性是指在漏极和源极电压UDS一定时，漏极电流ID和栅源电压UGS的 关系。UGS=0时的ID，叫做栅源短路时漏极电流，用IDSS表示；使漏极电流 ID≈0时的栅源电压就是夹断电压UGS（OFF）。
图3.10 V绝缘栅型场效应管的结构
它是继MOSFET之后新发展起来 的高效、功率开关器件。它不仅 继承了绝缘栅型场效应管输入阻 抗高（≥108Ώ）、驱动电流小 （0.1μA左右），还具有耐压高 （最高可耐压1200V）、工作电流 大（1.5A～100A）、输出功率高 （1～250W）、跨导线性好、开 关速度快等优良特性。正是由于 它将电子管与功率晶体管之优点 集于一身，因此在电压放大器 （电压放大倍数可达数千倍）、 功率放大器、开关电源和逆变器 中正获得广泛应用。
项目3 场效应管及其Байду номын сангаас用
【知识目标】 （1）了解场效应管的种类、特点与标识方法。 （2）了解场效应管的主要参数。 （3）了解场效应管的主要用途。 【技能目标】 （1）能用目视法判断识别常见场效应管的种类，能正确叫出各种场效应管的名 称。 （2）对场效应管上标识的型号能正确识读，知晓该场效应管的特点和用途。 （3）会用万用表对各种场效应管进行正确测量，并对其质量做出评价。
漏极和栅极。在P型硅薄片（作衬底）上制成两个掺杂浓度高的N区（用N+表示）， 用铝电极引出作为源极S和漏极D，两极之间的区域叫做沟道，漏极电流经此沟道 流到源极。然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅绝缘层，再在二氧化硅表 面上引出一个电极叫做栅极G。栅极同源极、漏极均无电接触，故称作“绝缘栅 极”。通常在衬底上也引出一个电极，将之与源极相连。
• 晶体三极管是一种电流控制型元件，当它工作在放大状态时，必须给基极提供一 定的基极电流，需要从信号源中吸取电流。这对于有一定内阻且信号又比较微弱 的信号源来说，信号电压在内阻上的损耗太大，其输出电压就更小，以至于不能 被放大器有效的接收到。从器件本身来看，就是其输入电阻太小。
• 上世纪六十年代，科学家研制出另一种三端半导体器件，叫做场效应晶体管，简 称为场效应管。它是一种电压控制型器件，利用改变外加电场的强弱来控制半导 体材料的导电能力。场效应管的输入电阻极高（最高可达1015Ω），几乎不吸取 信号源电流。它还具有热稳定性好、噪声低、抗辐射能力强、制造工艺简单、便 于集成等优点，因此在电子电路中得到了广泛的应用。
• 2. VMOS管的检测方法 （1）判定栅极G 将万用表拨至R×1k档，分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其余两脚的 电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大，则证明此脚为G极，因为它和另外两个 管脚是绝缘的。 （2）判定源极S和漏极D V绝缘栅型场效应管的源-漏极之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻的差异， 可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几 千欧）的一次，此时黑表笔接的是S极，红表笔接的是D极。 （3）测量漏-源通态电阻RDS（on） 将 V绝缘栅型场效应管的G-S极短路，选择万用表的R×1档，黑表笔接S极，红表笔 接D极，阻值应为几欧至十几欧。由于测试条件不同，测出的RDS（on）值比手册中给 出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管，RDS （on）=3.2 Ώ，大于其典型值0.58 Ώ。 （4）检查 V绝缘栅型场效应管的跨导 将万用表置于R×1k（或R×100）档，红表笔接S极，黑表笔接D极，手持螺丝刀 去碰触栅极，表针应有明显偏转，偏转愈大，管子的跨导愈高。
• 图3.9是N沟道结型场效应管的输出特性。它是指在栅源电压一定时，漏极电流和 漏源电压UDS之间的关系。它分成可变电阻区、恒流区和击穿区。
图3.9 N沟道结型场效应管的输出特性
3.2场效应管的检测方法
• 3.2.1 VMOS管的测量 1. VMOS管（VMOSFET）
• V绝缘栅型场效应管简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽绝缘栅型场效 应管。其结构如图3.10所示。
• 3关于V绝缘栅型场效应管的几个问题 （1）VMOS管亦分N沟道管与P沟道管，但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管， 测 量时应交换表笔的位置。 （2）有少数VMOS管在G-S之间并联一只保护二极管，所以上述检测方法中的1、2项 不再 适用。 （3）目前市场上还有一种VMOS管功率模块，专供交流电机调速器和逆变器使用。例 如美国 IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式 结构。 （4）现在市售VNF系列（N沟道）产品，是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应 管， 其最高工作频率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信号低频跨导 gm=2000μS。适用 于高速开关电路、广播和通信设备中。 （5）使用VMOS管时，必须加合适的散热器。以VNF306为例，该管子加装 140×140×4（mm）的散热器后，其最大功率才能达到30W。
• 常见场效应管的实物外形和电路符号如图3.1所示
图3.1常见场效应管的实物外形
3.1场效应管的类型和结构
• 3.1.1.绝缘栅型场效应管 • 绝缘栅型场效应管的结构是金属—氧化物—半导体，简称为MOS管。MOS管又分
N沟道和P沟道两种，每一种又分为增强型和耗尽型两种类型。 • 1. N沟道增强型绝缘栅型场效应管的结构、符号和工作原理 • N沟道增强型MOS晶体管的结构如图3.11(a)所示，它的三个电极分别叫做源极、
图3.6 N沟道结型场效应管的结构和符号
• N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，下面我们以N沟道结型场效应 管为例进行分析。
• 研究场效应管主要是分析输入电压对输出电流的控制作用。在图3.7中给出了当漏 极和源极之间的电压UDS=0时，栅源电压UGS对导电沟道影响的示意图。
图3.7栅源电压UGS对导电沟道影响的示意图
• 3.1.2结型场效应管 • 1. 结型场效应管的结构、符号和工作原理 • 结型场效应管也分成N沟道和P沟道两种类型。N沟道结型场效应管的结构和符号
如图3.6(a)和图3.6(b)所示。它是用一块N型半导体作衬底，在其两侧做成两个杂质 浓度很高的P型区，形成两个PN结。从两边的P型区引出两个电极并在一起，成为 栅极G；在N型衬底的两端各引出一个电极，分别叫做漏极D和源极S。两个PN结 中间的N型区域，叫做导电沟道，它是漏极和源极之间的电流通道。 • 如果用P型半导体做衬底，则可构成P沟道结型场效应管，其符号如图3.6(c)所示。 N沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别，在于栅极的箭头指向不同，但都是由 P区指向N区。
2.N沟道结型场效应管的特性曲线 栅源电压对漏极电流的控制关系用转移特性曲线表示出来，如图3.8所示。
图3.8 栅源电压对漏极电流的转移特性曲线
转移特性是指在漏极和源极电压UDS一定时，漏极电流ID和栅源电压UGS的 关系。UGS=0时的ID，叫做栅源短路时漏极电流，用IDSS表示；使漏极电流 ID≈0时的栅源电压就是夹断电压UGS（OFF）。
图3.10 V绝缘栅型场效应管的结构
它是继MOSFET之后新发展起来 的高效、功率开关器件。它不仅 继承了绝缘栅型场效应管输入阻 抗高（≥108Ώ）、驱动电流小 （0.1μA左右），还具有耐压高 （最高可耐压1200V）、工作电流 大（1.5A～100A）、输出功率高 （1～250W）、跨导线性好、开 关速度快等优良特性。正是由于 它将电子管与功率晶体管之优点 集于一身，因此在电压放大器 （电压放大倍数可达数千倍）、 功率放大器、开关电源和逆变器 中正获得广泛应用。
项目3 场效应管及其Байду номын сангаас用
【知识目标】 （1）了解场效应管的种类、特点与标识方法。 （2）了解场效应管的主要参数。 （3）了解场效应管的主要用途。 【技能目标】 （1）能用目视法判断识别常见场效应管的种类，能正确叫出各种场效应管的名 称。 （2）对场效应管上标识的型号能正确识读，知晓该场效应管的特点和用途。 （3）会用万用表对各种场效应管进行正确测量，并对其质量做出评价。
漏极和栅极。在P型硅薄片（作衬底）上制成两个掺杂浓度高的N区（用N+表示）， 用铝电极引出作为源极S和漏极D，两极之间的区域叫做沟道，漏极电流经此沟道 流到源极。然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅绝缘层，再在二氧化硅表 面上引出一个电极叫做栅极G。栅极同源极、漏极均无电接触，故称作“绝缘栅 极”。通常在衬底上也引出一个电极，将之与源极相连。
• 晶体三极管是一种电流控制型元件，当它工作在放大状态时，必须给基极提供一 定的基极电流，需要从信号源中吸取电流。这对于有一定内阻且信号又比较微弱 的信号源来说，信号电压在内阻上的损耗太大，其输出电压就更小，以至于不能 被放大器有效的接收到。从器件本身来看，就是其输入电阻太小。
• 上世纪六十年代，科学家研制出另一种三端半导体器件，叫做场效应晶体管，简 称为场效应管。它是一种电压控制型器件，利用改变外加电场的强弱来控制半导 体材料的导电能力。场效应管的输入电阻极高（最高可达1015Ω），几乎不吸取 信号源电流。它还具有热稳定性好、噪声低、抗辐射能力强、制造工艺简单、便 于集成等优点，因此在电子电路中得到了广泛的应用。
• 2. VMOS管的检测方法 （1）判定栅极G 将万用表拨至R×1k档，分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其余两脚的 电阻均呈无穷大，并且交换表笔后仍为无穷大，则证明此脚为G极，因为它和另外两个 管脚是绝缘的。 （2）判定源极S和漏极D V绝缘栅型场效应管的源-漏极之间有一个PN结，因此根据PN结正、反向电阻的差异， 可识别S极与D极。用交换表笔法测两次电阻，其中电阻值较低（一般为几千欧至十几 千欧）的一次，此时黑表笔接的是S极，红表笔接的是D极。 （3）测量漏-源通态电阻RDS（on） 将 V绝缘栅型场效应管的G-S极短路，选择万用表的R×1档，黑表笔接S极，红表笔 接D极，阻值应为几欧至十几欧。由于测试条件不同，测出的RDS（on）值比手册中给 出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管，RDS （on）=3.2 Ώ，大于其典型值0.58 Ώ。 （4）检查 V绝缘栅型场效应管的跨导 将万用表置于R×1k（或R×100）档，红表笔接S极，黑表笔接D极，手持螺丝刀 去碰触栅极，表针应有明显偏转，偏转愈大，管子的跨导愈高。
• 图3.9是N沟道结型场效应管的输出特性。它是指在栅源电压一定时，漏极电流和 漏源电压UDS之间的关系。它分成可变电阻区、恒流区和击穿区。
图3.9 N沟道结型场效应管的输出特性
3.2场效应管的检测方法
• 3.2.1 VMOS管的测量 1. VMOS管（VMOSFET）
• V绝缘栅型场效应管简称VMOS管或功率场效应管，其全称为V型槽绝缘栅型场效 应管。其结构如图3.10所示。
• 3关于V绝缘栅型场效应管的几个问题 （1）VMOS管亦分N沟道管与P沟道管，但绝大多数产品属于N沟道管。对于P沟道管， 测 量时应交换表笔的位置。 （2）有少数VMOS管在G-S之间并联一只保护二极管，所以上述检测方法中的1、2项 不再 适用。 （3）目前市场上还有一种VMOS管功率模块，专供交流电机调速器和逆变器使用。例 如美国 IR公司生产的IRFT001型模块，内部有N沟道、P沟道管各三只，构成三相桥式 结构。 （4）现在市售VNF系列（N沟道）产品，是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应 管， 其最高工作频率fp=120MHz，IDSM=1A，PDM=30W，共源小信号低频跨导 gm=2000μS。适用 于高速开关电路、广播和通信设备中。 （5）使用VMOS管时，必须加合适的散热器。以VNF306为例，该管子加装 140×140×4（mm）的散热器后，其最大功率才能达到30W。
• 常见场效应管的实物外形和电路符号如图3.1所示
图3.1常见场效应管的实物外形
3.1场效应管的类型和结构
• 3.1.1.绝缘栅型场效应管 • 绝缘栅型场效应管的结构是金属—氧化物—半导体，简称为MOS管。MOS管又分
N沟道和P沟道两种，每一种又分为增强型和耗尽型两种类型。 • 1. N沟道增强型绝缘栅型场效应管的结构、符号和工作原理 • N沟道增强型MOS晶体管的结构如图3.11(a)所示，它的三个电极分别叫做源极、
图3.6 N沟道结型场效应管的结构和符号
• N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，下面我们以N沟道结型场效应 管为例进行分析。
• 研究场效应管主要是分析输入电压对输出电流的控制作用。在图3.7中给出了当漏 极和源极之间的电压UDS=0时，栅源电压UGS对导电沟道影响的示意图。
图3.7栅源电压UGS对导电沟道影响的示意图