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MOS管分類及區別-結型MOS管和絕緣柵型MOS管詳解及區別-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-07-23 

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MOS管分類

MOSFET管是FET的一種(另一種是JFET),可以被制構成增強型或耗盡型,P溝道或N溝道共4種類型,但理論應用的只需增強型的N溝道MOS管和增強型的P溝道MOS管,所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是這兩種。場效應管分為結型場效應管(JFET)和絕緣柵場效應管(MOS管)兩大類。

MOS管分類及區別

結型場效應管(JFET)

1:結型場效應管的分類:結型場效應管有兩種結構形式,它們是N溝道結型場效應管和P溝道結型場效應管。結型場效應管也具有三個電極,它們是:柵極;漏極;源極。電路符號中柵極的箭頭方向可理解為兩個PN結的正向導電方向。

2:結型場效應管的工作原理(以N溝道結型場效應管為例),N溝道結構型場效應管的結構及符號,由于PN結中的載流子已經耗盡,故PN基本上是不導電的,形成了所謂耗盡區,當漏極電源電壓ED一定時,如果柵極電壓越負,PN結交界面所形成的耗盡區就越厚,則漏、源極之間導電的溝道越窄,漏極電流ID就愈??;反之,如果柵極電壓沒有那么負,則溝道變寬,ID變大,所以用柵極電壓EG可以控制漏極電流ID的變化,就是說,場效應管是電壓控制元件。

結型場效應管工作特性

對于耗盡型的JFET,在平衡時(不加電壓)時,溝道電阻最??;電壓Vds和Vgs都可改變柵p-n結勢壘的寬度,并因此改變溝道的長度和厚度(柵極電壓使溝道厚度均勻變化,源漏電壓使溝道厚度不均勻變化),使溝道電阻變化,從而導致Ids變化,以實現對輸入信號的放大。當Vds較低時,JFET的溝道呈現為電阻特性,是所謂電阻工作區,這時漏極電流基本上隨著電壓Vds的增大而線性上升,但漏極電流隨著柵極電壓Vgs的增大而平方式增大;進一步增大Vds時,溝道即首先在漏極一端被夾斷,則漏極電流達到最大而飽和(飽和電流搜大小決定于沒有被夾斷的溝道的電阻),這就是JFET的飽和放大區,這時JFET呈現為一個恒流源。JFET的放大作用可用所謂跨導gm = δIds / δVgsS ](Vds =常數) 來表示,要求跨導越大越好。

結型場效應管器件特點

FET的特點是:

①是電壓控制器件,則不需要大的信號功率。

②是多數載流子導電的器件,是所謂單極晶體管,則無少子存儲與擴散問題,速度高,噪音系數低;而且漏極電流Ids的溫度關系決定于載流子遷移率的溫度關系,則電流具有負的溫度系數,器件具有自我保護的功能。

③輸入端是反偏的p-n結, 則輸入阻抗大, 便于匹配。

④輸出阻抗也很大, 呈現為恒流源,這與BJT大致相同。

⑤JFET一般是耗盡型的,但若采用高阻襯底, 也可得到增強型JFET(增強型JFET在高速、低功耗電路中很有應用價值);但是一般只有短溝道的JFET才是能很好工作的增強型器件。實際上,靜電感應晶體管也就是一種短溝道的JFET。⑥溝道是處在半導體內部,則溝道中的載流子不受半導體表面的影響,因此遷移率較高、噪聲較低。

絕緣柵場效應管

1:絕緣柵場效應管(MOS管)的分類:絕緣柵場效應管也有兩種結構形式,它們是N溝道型和P溝道型。無論是什么溝道,它們又分為增強型和耗盡型兩種。

2:它是由金屬、氧化物和半導體所組成,所以又稱為金屬—氧化物—半導體場效應管,簡稱MOS場效應管。

3:絕緣柵型場效應管的工作原理(以N溝道增強型MOS場效應管)它是利用UGS來控制“感應電荷”的多少,以改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況,然后達到控制漏極電流的目的。在制造管子時,通過工藝使絕緣層中出現大量正離子,故在交界面的另一側能感應出較多的負電荷,這些負電荷把高滲雜質的N區接通,形成了導電溝道,即使在VGS=0時也有較大的漏極電流ID。當柵極電壓改變時,溝道內被感應的電荷量也改變,導電溝道的寬窄也隨之而變,因而漏極電流ID隨著柵極電壓的變化而變化。

場效應管的工作方式有兩種:當柵壓為零時有較大漏極電流的稱為耗散型;當柵壓為零,漏極電流也為零,必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強型。


結型場效應管和絕緣柵場效應管的區別

(1)從包裝上辨別,由于絕緣柵型場效應管的柵極易被擊穿損壞,所以管腳之間一般都是短路的或是用金屬箔包裹的;而結型場效應管在包裝上無特別要求。

(2)用指針式萬用表的電阻檔測量,用萬用表的“R譴k”檔或“R?00”檔測G、S管腳間的阻值,若正、反向電阻都很大近乎不導通,則此管為絕緣柵型管;若電阻值呈PN結的正、反向阻值,此管為結型管。

(3)用萬用表電阻檔判別結型場效應管管腳一般用R?k或R?00檔進行測量,測量時,任選兩管腳,測正、反向電阻,阻值都相同(均為幾千歐)時,該兩極分別為D、S極(在使用時,這兩極可互換),余下的一極為由于絕緣柵型場效應管在測量時易損壞,所以不使用此方法進行管腳識別,一般以查手冊為宜。


場效應管檢測方法與經驗

用指針式萬用表對場效應管進行判別

(1)用測電阻法判斷結型場效應管的電極

根據場效應管的PN結正、反向電阻值不一樣的現象,可以判別出結型場效應管的三個電極。詳細辦法:將萬用表撥在R?k檔上,任選兩個電極,分別測出其正、反向電阻值。當某兩個電極的正、反向電阻值相等,且為幾千歐姆時,則該兩個電極分別是漏極D和源極S。因為對結型場效應管而言,漏極和源極可互換,剩下的電極確定是柵極G。也可以將萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個電極,另一只表筆順次去接觸其余的兩個電極,測其電阻值。當涌現兩次測得的電阻值近似相等時,則黑表筆所接觸的電極為柵極,其余兩電極分別為漏極和源極。若兩次測出的電阻值均很大,說明是PN結的反向,即都是反向電阻,可以判定是N溝道場效應管,且黑表筆接的是柵極;若兩次測出的電阻值均很小,說明是正向PN結,等于正向電阻,判斷為P溝道場效應管,黑表筆接的也是柵極。若不呈現上述情形,可以調換黑、紅表筆按上述方法進行測試,直到判別出柵極為止。

(2)用測電阻法判別場效應管的好壞

測電阻法是用萬用表測量場效應管的源極與漏極、柵極與源極、柵極與漏極、柵極G1與柵極G2之間的電阻值同場效應管手冊表明的電阻值是否相符去判別管的好壞。詳細方式:首先將萬用表置于R?10或R?00檔,測量源極S與漏極D之間的電阻,通常在幾十歐到幾千歐范疇(在手冊中可知,各種不同型號的管,其電阻值是各不雷同的),如果測得阻值大于正常值,可能是因為內部接觸不良;假如測得阻值是無窮大,可能是內部斷極。然后把萬用表置于R?10k檔,再測柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極與漏極之間的電阻值,當測得其各項電阻值均為無窮大,則解釋管是畸形的;若測得上述各阻值太小或為通路,則說明管是壞的。要留神,若兩個柵極在管內斷極,可用元件代換法進行檢測。

(3)用感應信號輸人法估測場效應管的放大能力

具體方法:用萬用表電阻的R?00檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D,給場效應管加上1.5V的電源電壓,此時表針指示出的漏源極間的電阻值。然后用手捏住結型場效應管的柵極G,將人體的感應電壓信號加到柵極上。這樣,由于管的放大作用,漏源電壓VDS和漏極電流Ib都要發生變化,也就是漏源極間電阻發生了變化,由此可以觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極表針擺動較小,說明管的放大能力較差;表針擺動較大,表明管的放大能力大;若表針不動,說明管是壞的。

根據上述方法,我們用萬用表的R?00檔,測結型場效應管3DJ2F。先將管的G極開路,測得漏源電阻RDS為600Ω,用手捏?。菢O后,表針向左擺動,指示的電阻RDS為12kΩ,表針擺動的幅度較大,說明該管是好的,并有較大的放大能力。

應用這種方法時要說明幾點:首先,在測試場效應管用手捏住柵極時,萬用表針可能向右擺動(電阻值減?。?,也可能向左擺動(電阻值增長)。這是由于人體感應的交流電壓較高,而不同的場效應管用電阻檔測量時的工作點可能不同(或者工作在飽和區或者在不飽和區)所致,實驗表明,多數管的RDS增大,即表針向左擺動;少數管的RDS減小,使表針向右擺動。但無論表針擺動方向如何,只要表針擺動幅度較大,就說明管有較大的放大能力。第二,此方法對MOS場效應管也實用。但要注意,MOS場效應管的輸人電阻高,柵極G容許的感應電壓不應過高,所以不要直接用手去捏柵極,必須用于握螺絲刀的絕緣柄,用金屬桿去碰觸柵極,以防止人體感應電荷直接加到柵極,引起柵極擊穿。第三,每次測量結束,應當G-S極間短路一下。這是因為G-S結電容上會充有少量電荷,樹立起VGS電壓,造成再進行測量時表針可能不動,只有將G-S極間電荷短路放掉才行。

(4)用測電阻法判別無標記的場效應管

首先用測量電阻的方法找出兩個有電阻值的管腳,也就是源極S和漏極D,余下兩個腳為第一柵極G1和第二柵極G2。把先用兩表筆測的源極S與漏極D之間的電阻值記下來,對調表筆再測量一次,把其測得電阻值記下來,兩次測得阻值較大的一次,黑表筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來的S、D極,還可以用估測其管的放大能力的方法進行驗證,即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是8極,兩種方法檢測結果均應一樣。當確定了漏極D、源極S的位置后,按D、S的對應位置裝人電路,一般G1、G2也會依次對準位置,這就確定了兩個柵極G1、G2的位置,從而就確定了D、S、G1、G2管腳的順序。

(5)用測反向電阻值的變化判斷跨導的大小

對VMOS?N溝道加強型場效應管測量跨導性能時,可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當于在源、漏極之間加了一個反向電壓。此時柵極是開路的,管的反向電阻值是很不穩定的。將萬用表的歐姆檔選在R?0kΩ的高阻檔,此時表內電壓較高。當用手接觸柵極G時,會發現管的反向電阻值有明顯地變化,其變化越大,說明管的跨導值越高;如果被測管的跨導很小,用此法測時,反向阻值變化不大。


場效應管的使用注意事項

(1)為了安全使用處效應管,在線路的設計中不能超過管的耗散功率,最大漏源電壓、最大柵源電壓和最大電流等參數的極限值。

(2)各類型場效應管在使用時,都要嚴厲按要求的偏置接人電路中,要遵照場效應管偏置的極性。如結型場效應管柵源漏之間是PN結,N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝道管柵極不能加負偏壓,等等。

(3)MOS場效應管由于輸人阻抗極高,所以在運輸、儲藏中必須將引出腳短路,要用金屬屏蔽包裝,以防止外來感應電勢將柵極擊穿。尤其要注意,不能將MOS場效應管放人塑料盒子內,保留時最好放在金屬盒內,同時也要注意管的防潮。

(4)為了預防場效應管柵極感應擊穿,請求所有測試儀器、工作臺、電烙鐵、線路自身都必須有良好的接地;管腳在焊接時,先焊源極;在連入電路之前,管的全體引線端保持相互短接狀況,焊接完后才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時,應以恰當的方法確保人體接地如采取接地環等;當然,如果能采用進步的氣熱型電烙鐵,焊接場效應管是比擬方便的,并且確保平安;在未關斷電源時,相對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上保險辦法在應用場效應管時必需注意。

(5)在裝置場效應管時,注意安裝的位置要盡量防止湊近發燒元件;為了防管件振動,有必要將管殼體緊固起來;管腳引線在曲折時,應該大于根部尺寸5毫米處進行,以避免彎斷管腳和引起漏氣等。??對于功率型場效應管,要有良好的散熱條件。因為功率型場效應管在高負荷前提下運用,必須設計足夠的散熱器,確保殼體溫度不超過額定值,使器件長期穩定牢靠地工作??傊?,確保場效應管安全使用,要注意的事項是多種多樣,采取的安全措施也是各種各樣,廣大的專業技巧職員,特殊是寬大的電子喜好者,都要根據本人的實際情況動身,采用切實可行的措施,安全有效地用好場效應管。


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