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场效应晶体管与双极晶体管的不同之处在于它们仅与电子或空穴之一一起工作。 按结构和原理可分为:
. 结型场效应管
. MOS型场效应管
1. 结型场效应管(junction FET)
1) 原理
如图所示,N沟道结型场效应晶体管具有N型半导体被P型半导体的栅极从两侧钳位的结构。 当反向电压施加到 PN 结时产生的耗尽区用于电流控制。
当在 N 型晶区的两端施加直流电压时,电子从源极流向漏极。 电子通过的沟道宽度由从两侧扩散的 P 型区域和施加到该区域的负电压决定。
当负栅极电压加强时,PN结的耗尽区向沟道延伸,沟道宽度减小。 因此,可以通过栅电极的电压来控制源漏电流。
2)使用
即使栅极电压为零,也有电流流动,因此由于低噪声,它被用于恒流源或音频放大器。
2. MOS型场效应管
1) 原理
即使在金属(M)和半导体(S)夹着氧化膜(O)的结构(MOS结构)中,如果在(M)和半导体(S)之间施加电压,也可以形成耗尽层生成。 此外,当施加更高的电压时,电子或空穴可以在氧绽放膜下积累,形成反型层。 MOSFET 用作开关。
在工作原理图中,如果栅极电压为零,PN结将断开电流,使电流不会在源极和漏极之间流动。 如果对栅极施加正电压,P型半导体的空穴就会从氧化膜——栅极下方的P型半导体表面排出,形成耗尽层。 而且,如果再次增加栅极电压,电子会被吸引到表面形成较薄的N型反型层,从而使源极引脚(N型)和漏极(N型)相连,允许电流流动 。
2)使用
由于其结构简单、速度快、栅极驱动简单、破坏力强等特点,再加上采用微细加工技术,可以直接提高性能,因此广泛应用于从LSI基础器件到功率器件的高频器件(电力控制装置)等领域。
3. 常见的现场实用管
1)MOS场效应管
即金属氧化物半导体场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor
场效应晶体管),这是一种绝缘栅类型。 其主要特点是金属栅极与沟道之间有二氧化硅绝缘层,因此具有非常高的输入电阻(最高可达1015Ω)。 又分为N沟道管和P沟道管,符号如图1所示。通常衬底(substrate)和源极S连接在一起。 根据导通方式的不同,MOSFET分为增强型、
消耗型。 所谓增强型是指:当VGS=0时,管子处于关断状态,加上正确的VGS后,大部分载流子被吸引到栅极,从而“增强”该区域的载流子并形成导电通道。
耗尽型是指当VGS=0时,形成通道,当加入正确的VGS时,大部分载流子可以流出通道,从而“耗尽”载流子并关闭管子。
以N沟道为例,在P型硅衬底上制作,具有两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,然后分别引出源极S和漏极D。 源极与基板内部连接,两者始终保持相同的电
少量。 图1(a)中符号的正面方向是从外到电,即从P型材料(衬底)到N型沟道。 当漏极接电源正极,源极接电源负极且VGS=0时,沟道电流(即漏极电流
流)ID=0。 随着 VGS 的逐渐增大,在栅极正电压的吸引下,两个扩散区之间感应出带负电荷的少数载流子,形成从漏极到源极的 N 型沟道。 当VGS大于管的导通电压VTN(一般在+2V左右)时,N沟道管开始导通,形成漏电流ID。
MOS场效应管更“吱吱”。 这是因为它的输入电阻很高,栅极和源极之间的电容很小,很容易受到外部电磁场或静电感应的影响,在上面可以形成少量电荷。电极之间的电容。
到很高的电压(U=Q/C),管子会损坏。 因此,在出厂时将引脚扭在一起,或安装在金属箔中,使G极和S极处于同一电位,以防止静电荷积聚。 管子不使用时,使用时所有电线也应短接。 测量时要格外小心,并采取相应的防静电措施。
2)MOS场效应管的检测方法
(1). 准备工作 测量前,在接触 MOSFET 的引脚之前,将人体短接到地。 最好在手腕上接一根电线与大地相连,使人体与大地保持等电位。 再次分离针脚,然后拆下电线。
(2). 测定电极
将万用表拨到R×100档,先确定格子。 如果一个管脚和其他管脚的电阻都是无穷大,证明这个管脚是栅极G。更换表笔重新测量,SD之间的电阻值应该是几百欧到几千欧
哦,阻值小的地方黑表笔接D极,红表笔接S极。 对于日本产的3SK系列产品,S极是接在外壳上的,所以很容易确定S极。
(3). 检查放大能力(跨导)
将G极悬空,黑色表笔接D极,红色表笔接S极,然后用手指触摸G极,针应该有较大的偏转。 双栅极 MOS 场效应晶体管有两个栅极 G1 和 G2。 用手摸一下就能分辨出来
G1和G2极,G2极是表针向左偏转较大的那个。 目前有些MOSFET管已经在GS极之间加了保护二极管,不需要每个管脚短路。
3)MOS场效应管使用注意事项。
MOS场效应管在使用时应进行分类,不能随意互换。 MOS场效应管由于其输入阻抗高(包括MOS集成电路),很容易被静电击穿。 使用时要注意以下规则:
MOS器件出厂时通常采用黑色导电泡沫塑料袋包装。 请勿将它们单独装入塑料袋中。 您也可以使用细铜线将引脚连接在一起,或将它们包裹在锡箔中
取出的MOS器件不能在塑料板上滑动,用金属板固定要使用的器件。
烙铁必须良好接地。
焊接前应将电路板的电源线与地线短接,焊接完成后再将MOS器件分离。
MOS器件各管脚的焊接顺序为漏、源、栅。 拆卸机器时,顺序相反。
安装电路板前,用接地线夹接触机器的端子,然后连接电路板。
MOS场效应管的栅极在允许的情况下优选连接保护二极管。 检修电路时,注意检查原保护二极管是否损坏。
4) VMOS场效应管
VMOS场效应管(VMOSFET)简称VMOS管或功率场效应管,全称V型槽MOS场效应管。 是继MOSFET之后新开发的高效率、功率开关
件。 它不仅继承了MOS场效应管的高输入阻抗(≥108W)、小驱动电流(约0.1μA),而且具有高耐压(高达1200V)和大工作电流
(1.5A~100A)、高输出功率(1~250W)、跨导线性好、开关速度快等优良特性。 正是因为它将电子管和功率晶体管的优点合二为一,所以电压
放大器(电压放大可达数千倍)、功率放大器、开关电源和逆变器得到广泛应用。
众所周知,传统MOS场效应管的栅极、源极、漏极都在一个芯片上,栅极、源极、漏极大致在同一水平面上,其工作电流基本沿水平方向流动。 VMOS管不同,从左下图可以
可以看出两大结构特点:一是金属栅极采用V型槽结构; 其次,它具有垂直导电性。 由于漏极是从芯片背面引出的,因此 ID 不会沿芯片水平流动,而是重掺杂了 N+
从区域(源极S)开始,通过P沟道流入轻掺杂N漂移区,最后垂直向下到达漏极D。 电流的方向如图中箭头所示,因为流动的截面积增加了,所以可以通过大电流。 因为在门口
极柱和芯片之间有二氧化硅绝缘层,所以还是绝缘栅MOS场效应管。
国内主要的VMOS场效应管厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等,典型产品有VN401、VN672、VMPT2等。
5) VMOS场效应管的检测方法
(1). 确定网格G。将万用表置于R×1k位置,测量三个引脚之间的电阻。 如果发现一个管脚和它的两个管脚的电阻都是无穷大,换表笔后仍然是无穷大,证明这个管脚是G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。
(2). 确定源极S和漏极D 从图1可以看出,源极和漏极之间有一个PN结。 因此,根据PN结正反向电阻的差异,可以识别S极和D极。 用交流表笔法测两次电阻,电阻值较低的那一个(一般几千欧到万欧)就是正向电阻。 此时黑色表笔为S极,红色表笔接D极。
(3). 测量漏源通态电阻 RDS(on) 使 GS 极短路。 选择万用表的 R×1 档位。 将黑色表笔连接到 S 极,将红色表笔连接到 D 极。 电阻应该在几欧姆到十几欧姆之间。
由于测试条件不同,测得的RDS(on)值高于手册中给出的典型值。 例如IRFPC50 VMOS管用500型万用表R×1档测量,RDS
(On)=3.2W,大于0.58W(典型值)。
(4). 检查跨导。 将万用表置于 R×1k(或 R×100)位置。 红色表笔接S极,黑色表笔接D极。 拿着螺丝刀接触网格。 针应该显着偏转。 偏转越大,管子的偏转越大。 跨导越高。
6)注意事项:
VMOS管也分为N沟道管和P沟道管,但大部分产品都是N沟道管。 对于 P 通道管,测量时应更换表笔的位置。
GS之间有少数带保护二极管的VMOS管,本检测方法第1、2项不再适用。
目前市场上也有VMOS管功率模块,专门用于交流电机调速器和逆变器。 比如美国IR公司生产的IRFT001模块,内部有三个N沟道和P沟道管,形成三相桥式结构。
市场上的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晶体管。 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和广播通讯设备。
使用VMOS管时,必须加一个合适的散热片。 以VNF306为例,安装30×140×140(mm)散热器后最大功率可达4W。
7) 场效应管与晶体管的比较
场效应管是电压控制元件,晶体管是电流控制元件。 当只允许从信号源汲取较少电流时,应使用 FET; 当信号电压低,允许从信号源汲取更多电流时,应使用晶体管。
场效应晶体管利用多数载流子导电,因此称为单极器件,而晶体管同时具有多数载流子和少数载流子导电。 它被称为双极器件。
一些场效应晶体管的源极和漏极可以互换使用,栅极电压也可以为正或负,比晶体管更灵活。
场效应管可以在很小的电流和很低的电压下工作,其制造工艺可以很容易地将许多场效应管集成在一个硅片上,因此场效应管已被用于大规模集成电路中。 应用范围广泛。
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