场效应管识别与测量课件

元器件识别与测量场效应管的识别与测量元器件识别与测量场效应管的识别与测量元器件识别与测量场效应管的识别与测量1一、场效应管的基础知识1、什么是场效应管？场效应管简称FET，是一种带有PN结的新型半导体器件，与晶体三极管的控制原理不同，是通过电压来控制输出电流的，是电压控制器件，是单极型三极管。场效应管一般由三个电极组成，其中G极为栅极（也称控制极），D极为漏极（也称供电极），S极为源极（也称输出极），它们的功能分别对应于双极型晶体管的基极B，电极C和发射极E集，由于场效应管的源极S和漏极D是对称的实际使用中可以互换。2、场效应管与三极管主要区别：场效应管与三极管主要区别：场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管输入电阻远大于三极管输入电阻。场效应管是单极型器件场效应管是单极型器件(三极管是双极型器件三极管是双极型器件)。一、场效应管的基础知识一、场效应管的基础知识1、什么是场效应管？、什么是场效应管？23 3、场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件，从场效应管是另一种具有正向受控作用的半导体器件，从制做工艺的结法上分为两大类型：制做工艺的结法上分为两大类型：第一类：结型场效应管（第一类：结型场效应管（JFETJFET）第二类：绝缘栅型场效应管（第二类：绝缘栅型场效应管（IGFETIGFET）又称：金属一氧化物一半导体型（又称：金属一氧化物一半导体型（MOSFETMOSFET）;简称简称 MOSMOS型型场效应管场效应管。其中其中MOSMOS场效管具有制造工艺简单，占用芯片面积小，器件场效管具有制造工艺简单，占用芯片面积小，器件的特性便于控制等特点。因此的特性便于控制等特点。因此MOSMOS管是当前制造超大规模集管是当前制造超大规模集成电路的主要有源器件，并且已开发出许多有发展前景的新成电路的主要有源器件，并且已开发出许多有发展前景的新电路技术。电路技术。332、场效应管的作用、场效应管的作用1）、场效应管可应用于放大。由于场效应管放大）、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，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。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）、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。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。）、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。）、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。）、场效应管可以用作电子开关。2、场效应管的作用、场效应管的作用44 4、MOSMOS场效应管的分类场效应管的分类 MOS MOS管又分为管又分为 增强型（增强型（EMOSEMOS）两种两种 耗尽型（耗尽型（DMOSDMOS）每一种又有每一种又有 N N沟道型沟道型 P P沟道型沟道型 所以一共有四种：所以一共有四种：N N沟道增强型（沟道增强型（NEMOSNEMOS）P P沟道增强型（沟道增强型（PEMOSPEMOS）N N沟道耗尽型（沟道耗尽型（NDMOSNDMOS）P P沟道耗尽型（沟道耗尽型（PDMOSPDMOS）54、MOS场效应管的分类场效应管的分类MOS管又分为管又分为增增5 5、场效应管特点、场效应管特点:具具具具有有有有输输输输入入入入电电电电阻阻阻阻高高高高（1000000001000000001000000001000000001000000000100000000010000000001000000000）、噪噪噪噪声声声声小小小小、功功功功耗耗耗耗低低低低、动动动动态态态态范范范范围围围围大大大大、易易易易于于于于集集集集成成成成、没没没没有有有有二二二二次次次次击击击击穿穿穿穿现现现现象、安全工作区域宽等优点。象、安全工作区域宽等优点。象、安全工作区域宽等优点。象、安全工作区域宽等优点。6 6、场效应管的作用：、场效应管的作用：场场场场效效效效应应应应管管管管可可可可应应应应用用用用于于于于放放放放大大大大。由由由由于于于于场场场场效效效效应应应应管管管管放放放放大大大大器器器器的的的的输输输输入入入入阻阻阻阻抗抗抗抗很很很很高高高高，因因因因此此此此耦耦耦耦合合合合电电电电容容容容可可可可以以以以容容容容量量量量较较较较小小小小，不不不不必必必必使使使使用用用用电电电电解解解解电容器。电容器。电容器。电容器。场效应管可以用作电子开关。场效应管可以用作电子开关。场效应管可以用作电子开关。场效应管可以用作电子开关。场场场场效效效效应应应应管管管管很很很很高高高高的的的的输输输输入入入入阻阻阻阻抗抗抗抗非非非非常常常常适适适适合合合合作作作作阻阻阻阻抗抗抗抗变变变变换换换换。常常常常用用用用于多级放大器的输入级作阻抗变换。于多级放大器的输入级作阻抗变换。于多级放大器的输入级作阻抗变换。于多级放大器的输入级作阻抗变换。场效应管可以用作可变电阻。场效应管可以用作可变电阻。场效应管可以用作可变电阻。场效应管可以用作可变电阻。场效应管可以方便地用作恒流源。场效应管可以方便地用作恒流源。场效应管可以方便地用作恒流源。场效应管可以方便地用作恒流源。5、场效应管特点、场效应管特点:67、场效应管外形的识别、场效应管外形的识别塑料封装场效应管塑料封装场效应管77、场效应管外形的识别塑料封装场效应管、场效应管外形的识别塑料封装场效应管7金属封装场效应管金属封装场效应管8金属封装场效应管金属封装场效应管8N+N+P+P+PUSGD（1）、增强型）、增强型MOS场效应管场效应管qN沟道沟道EMOSFET结构示意图结构示意图源极源极漏极漏极衬底极衬底极SiO2绝缘层绝缘层金属栅极金属栅极P型硅型硅衬底衬底l沟道长度沟道长度W沟道沟道宽度宽度8、场效管的结构及符号、场效管的结构及符号S(Source)D(Drain)G(Gate)N+N+P+P+PUSGD（1）、增强型）、增强型MOS场效应管场效应管9PP+N+N+SGDUVDS-+-+VGS-+-+SGUD电路符号电路符号q N N沟道沟道EMOS管管PP+N+N+SGDUVDS-+10q P沟道沟道EMOS管管+-+-VGSVDS+-+-NN+P+SGDUP+N沟道沟道EMOS管与管与P沟道沟道EMOS管工作原理相似。管工作原理相似。即即VDS0、VGSVGS(th)VDSVGS(th)VDSVGSVGS(th)考考虑虑到到沟沟道道长长度度调调制制效效应应，输输出出特特性性曲曲线线随随VDS的的增加略有上翘。增加略有上翘。注意：饱和区注意：饱和区(又称有源区又称有源区)对应对应三极管的放大区。三极管的放大区。饱和区特点：饱和区特点：ID只受只受VGS控制，而与控制，而与VDS近近15q 截止区截止区特点：特点：相当于相当于MOS管三个电极断开。管三个电极断开。ID/mAVDS/VOVDS=VGS VGS(th)VGS=5V3.5V4V4.5V沟道未形成时的工作区沟道未形成时的工作区条件：条件：VGS0，VGS正、负、零均可。正、负、零均可。外部工作条件：外部工作条件：DMOS管在饱和区与非饱和区的管在饱和区与非饱和区的ID表达式与表达式与EMOS管管相同。相同。PDMOS与与NDMOS的差别仅在于电压极性与电流方向相反。的差别仅在于电压极性与电流方向相反。NDMOS管伏安特性管伏安特性ID/mAVDS/VOVDS=2212、四种、四种MOS场效应管比较场效应管比较q 电路符号及电流流向电路符号及电流流向SGUDIDSGUDIDUSGDIDSGUDIDNEMOSNDMOSPDMOSPEMOSq 转移特性转移特性IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)IDVGSOVGS(th)12、四种、四种MOS场效应管比较场效应管比较电路符号及电流流向电路符号及电流流向SGU23N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极1、结构、结构结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道（二）、结型场效应管的原理（二）、结型场效应管的原理24N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极1、3.2结型场效应管结型场效应管结结型型场场效效应应管管(JunctionFieldEffectTransistor)简简称称JFET，有有N沟沟道道JFET和和P沟道沟道JFET之分。之分。结构图：结构图：源极和漏极是可以互换的。源极和漏极是可以互换的。3.2结型场效应管结型场效应管源极和漏极是可以互换的。源极和漏极是可以互换的。25NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS26NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS2PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS27PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS2q N沟道沟道JFET管管外部工作条件外部工作条件 VDS0(保证栅漏保证栅漏PN结反偏结反偏)VGS0(保证栅保证栅28栅栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失称沟道消失称为夹断为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？必须加负电压？UGS（off）栅栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失称29漏漏-源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几几乎仅仅决定于乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDVGS(off)VDSVGS(off)VDSVGSVGS(off)在饱和区，在饱和区，JFET的的ID与与VGS之间也满足平方律关之间也满足平方律关系，但由于系，但由于JFET与与MOS管结构不同，故方程不同。管结构不同，故方程不同。饱和区饱和区(放大区放大区)特点：特点：ID只受只受VGS控制，而与控制，而与VD33q 截止区截止区特点：特点：沟道全夹断的工作区沟道全夹断的工作区条件：条件：VGSVGS(off)IG 0，ID=0q 击穿区击穿区VDS增大增大到一定值时到一定值时近近漏极漏极PN结雪崩击穿结雪崩击穿ID/mAVDS/VOVDS=VGSVGS(off)VGS=0V-2V-1.5V-1V-0.5V造成造成ID剧增。剧增。VGS越负越负则则VGD越负越负相应相应击穿电压击穿电压V(BR)DS越小越小截止区特点：沟道全夹断的工作区条件：截止区特点：沟道全夹断的工作区条件：VGS0，ID流入管子漏极。流入管子漏极。P沟道沟道FET：VDS0，ID自管子漏极流出。自管子漏极流出。JFET管：管：VGS与与VDS极性相反。极性相反。增强型：增强型：VGS与与VDS极性相同。极性相同。耗尽型：耗尽型：VGS取值任意。取值任意。MOSFET管管二、各类场效应管的比较二、各类场效应管的比较VDS极性与极性与ID流向仅取决于流向仅取决于362、场效应管与晶体管的比较（1）场效应管是电压控制元件，而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体管。（2）场效应管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件，而晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。（3）有些场效应管的源极和漏极可以互换使用，栅压也可正可负，灵活性比晶体管好。（4）场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上，因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。场效应管识别与测量课件场效应管识别与测量课件37、场效应管与三极管比较场效应管与三极管比较 项目项目器件器件电极名称电极名称工作区工作区导导电电类类型型输输入入电电阻阻跨跨导导三三极极管管e极极b极极c极极放放大大区区饱饱和和区区双双极极型型小小大大场效场效应管应管s极极g极极d极极饱饱和和区区非饱非饱和区和区单单极极型型大大小小、场效应管与三极管比较场效应管与三极管比较电极名称工作区放大区饱双极型饱和电极名称工作区放大区饱双极型饱和38场效应管使用注意事项：（1）场效应管在使用中要注意电压极性，工作电压和电流的数值不能超过最大允许值。（2）为了防止栅极击穿，要求一切测试仪电烙铁都必须有外接地线，焊接时用小功率烙铁迅速焊接，或切断电流后利用余热焊接，焊接时应先焊源极，或焊接栅极。（3）绝缘栅极效应管的电压阻抗极高，故不能在开路状态下保存，即使不使用也应将三个极短路，以防止将栅极击穿，结型场效应管则可在开路状态下保存。（4）MOS管不能用万用表检查，必须用专门仪器测试。场效应管使用注意事项：场效应管使用注意事项：39四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数 开启电压VGS(th)(或VT)开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。夹断电压VGS(off)(或VP)夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS(off)时,漏极电流为零。饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管,当VGS=0时所对应的漏极电流40四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数开启电压开启电压VGS(th)(或或VT 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107，绝缘栅型场效应三极管,RGS约是1091015。低频跨导gm 低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。(相当于普通晶体管的hEF)，单位是mS(毫西门子)。最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由PDM=VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。41输入电阻输入电阻RGS41极限漏极电流极限漏极电流ID是漏极能够输出的最大电流，相当于普通三极管的ICM，其值与温度有关，通常手册上标注的是温度为25时的值。一般指的是连续工作电流，若为瞬时工作电流，则标注为IDM，这个值通常大于ID。最大漏源电压最大漏源电压UDSS 是场效应管漏源极之间可以承受的最大电压(相当于普通晶体管的最大反向工作电压UCEO)，有时也用UDS表示。42极限漏极电流极限漏极电流ID42五、场效应管引脚的识别与测量五、场效应管引脚的识别与测量场效应管也有三个引脚，分别是栅极(又称控制极)、源极、漏极3个端子。场效应管可看作一只普通晶体三极管，栅极G对应基极b，漏极D对应集电极C，源极S对应发射极E。N沟道对应NPN型晶体管，P沟道对应PNP晶体管。43五、场效应管引脚的识别与测量场效应管也有三个引脚，分别是栅极五、场效应管引脚的识别与测量场效应管也有三个引脚，分别是栅极1、外观引脚识别贴片式MOS管的引脚排列图1、外观引脚识别、外观引脚识别442、普通场效应管外观识别GDSSSDG散热片散热片散热片散热片 将场效应管有字的一面朝上，管脚朝向我们自己，从左到将场效应管有字的一面朝上，管脚朝向我们自己，从左到右依次为：右依次为：G、D、S（有少数相反为（有少数相反为S、D、G）。）。452、普通场效应管外观识别、普通场效应管外观识别GSSDG散热片散热片散热片散热片将场效应管有将场效应管有3 3、场效应管的测量、场效应管的测量、场效应管的测量、场效应管的测量(1)(1)、comscoms场效应管的极性判断，好坏判断：场效应管的极性判断，好坏判断：场效应管的极性判断，好坏判断：场效应管的极性判断，好坏判断：3、场效应管的测量、场效应管的测量461）、电极的判断测量 图示使用数字万用表的二极管测量档。栅极G与另外两个电极的正反向测量均为无穷大。1）、电极的判断测量）、电极的判断测量图示图示472）、漏极、源极与好坏的判断。把数字万用表打到二极管档，用两表笔任意触碰场效应管的三只引脚，好的场效应管最终测量结果只有一次有读数，并且在300-800左右，如果在最终测量结果中测的只有一次有读数，并且为0时须万用表短接场效应管引脚，然后在测量一次，若又测得一组为300-800左右（漏极与源极间）读数时此管也为好管。不符合以上规律的场效应管均为坏管）、沟道的判断导通时黑笔接漏极、红笔接源极的为N沟道场效应管；红笔接漏极、黑笔接源极的为P沟道场效应管示意图见上图2）、漏极、源极与好坏的判断。）、漏极、源极与好坏的判断。48(2)、结型场效应管的检测、结型场效应管的检测 1）电极的判别）电极的判别根据根据PN结的正、反向电阻值不同的现象可以很方便结的正、反向电阻值不同的现象可以很方便地判别出结型场效应管的地判别出结型场效应管的G、D、S极。极。方法一：将万用表置于方法一：将万用表置于“R1k”挡，任选两电极，分挡，任选两电极，分别测出它们之间的正、反向电阻。若正、反向的电阻相等别测出它们之间的正、反向电阻。若正、反向的电阻相等（约几千欧），则该两极为漏极（约几千欧），则该两极为漏极D和源极和源极S（结型场效应（结型场效应管的管的D、S极可互换）余下的则为栅极极可互换）余下的则为栅极G。方法二：用万用表的黑笔任接一个电极，另一表笔依次接方法二：用万用表的黑笔任接一个电极，另一表笔依次接触其余两个电极，测其阻值。若两次测得的阻值近似相等，触其余两个电极，测其阻值。若两次测得的阻值近似相等，则该黑笔接的为栅极则该黑笔接的为栅极G，余下的两个为，余下的两个为D极和极和S极。极。(2)、结型场效应管的检测、结型场效应管的检测492）放大倍数的测量）放大倍数的测量将万用表置于将万用表置于“R1k”挡或挡或“R100”挡，两只表笔分挡，两只表笔分别接触别接触D极和极和S极，用手靠近或接触极，用手靠近或接触G极，此时表针右摆，极，此时表针右摆，且摆动幅度越大，放大倍数越大。且摆动幅度越大，放大倍数越大。对对MOS管来说，为防止栅极击穿，一般测量前先在其管来说，为防止栅极击穿，一般测量前先在其GS极间接一只几兆欧的大电阻，然后按上述方法测量。极间接一只几兆欧的大电阻，然后按上述方法测量。3）、判别）、判别JEET的好坏的好坏检查两个检查两个PN结的单向导电性，结的单向导电性，PN结正常，管子是好的，结正常，管子是好的，否则为坏的。测漏、源间的电阻否则为坏的。测漏、源间的电阻RDS，应约为几千欧；若，应约为几千欧；若RDS0或或RDS，则管子已损坏。测，则管子已损坏。测RDS时，用手靠近时，用手靠近栅极栅极G，表针应有明显摆动，摆幅越大，管子的性能越好。，表针应有明显摆动，摆幅越大，管子的性能越好。2）放大倍数的测量）放大倍数的测量50六六六六、场效应管型号命名方法、场效应管型号命名方法、场效应管型号命名方法、场效应管型号命名方法有两种命名方法：有两种命名方法：有两种命名方法：有两种命名方法：与三极管相同与三极管相同与三极管相同与三极管相同第一位第一位第一位第一位“3”3”3”3”表示电极数表示电极数表示电极数表示电极数第二位字母代表材料第二位字母代表材料第二位字母代表材料第二位字母代表材料“D”D”D”D”是是是是P P P P型硅型硅型硅型硅N N N N沟道沟道沟道沟道“C”C”C”C”是是是是N N N N型硅型硅型硅型硅P P P P沟道沟道沟道沟道第三位字母第三位字母第三位字母第三位字母“J”J”J”J”代表结型场效应管，代表结型场效应管，代表结型场效应管，代表结型场效应管，“O”O”O”O”代表绝缘代表绝缘代表绝缘代表绝缘栅场效应管栅场效应管栅场效应管栅场效应管第四位用数字表示同一类型产品的序号第四位用数字表示同一类型产品的序号第四位用数字表示同一类型产品的序号第四位用数字表示同一类型产品的序号第五位用字母表示规格号第五位用字母表示规格号第五位用字母表示规格号第五位用字母表示规格号例如：例如：例如：例如：3DJ6D3DJ6D3DJ6D3DJ6D是结型是结型是结型是结型N N N N沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，3DO6C3DO6C3DO6C3DO6C是绝缘栅型是绝缘栅型是绝缘栅型是绝缘栅型N N N N沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。命名方法为命名方法为命名方法为命名方法为CSXX#CSXX#CSXX#CSXX#。CSCSCSCS代表场效应管代表场效应管代表场效应管代表场效应管XXXXXXXX以数字代表型号的序号以数字代表型号的序号以数字代表型号的序号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用字母代表同一型号中的不同规格用字母代表同一型号中的不同规格用字母代表同一型号中的不同规格例如：例如：例如：例如：CS14ACS14ACS14ACS14A、CS45GCS45GCS45GCS45G等等等等六、场效应管型号命名方法六、场效应管型号命名方法51常用场效应管的型号与主要参数常用场效应管的型号与主要参数常用场效应管的型号与主要参数常用场效应管的型号与主要参数521、P沟道结型场效应管中的载流子是沟道结型场效应管中的载流子是_。(a)自由电子自由电子(b)空穴空穴(c)电子和空穴电子和空穴(d)离子离子2、场效应管是一种、场效应管是一种_控制型电子器件。控制型电子器件。(a)电压电压(b)光光(c)电流电流(d)磁磁3、对于、对于N沟道耗尽型场效应管，其栅极和源极之间沟道耗尽型场效应管，其栅极和源极之间的静态电压的静态电压_。(a)必须正偏必须正偏(b)必须反偏必须反偏(c)必须零偏必须零偏(d)可以正偏、可以正偏、反偏或零偏反偏或零偏4、某场效应管的、某场效应管的IDSS=5mA，IDQ=7mA，iD的方向是的方向是从漏极流出，则该管为从漏极流出，则该管为_。(a)增强型增强型PMOS(b)增强型增强型NMOS(c)耗尽型耗尽型PMOS(d)耗尽型耗尽型七、练习题七、练习题1、P沟道结型场效应管中的载流子是沟道结型场效应管中的载流子是_。(a)535、与双极型晶体管比较，场效应管的输入电阻、与双极型晶体管比较，场效应管的输入电阻_，放大能力放大能力_。(a)大大(b)小小(c)强强(d)弱弱6、反映、反映N沟道增强型场效应管放大能力的一个重要参数是沟道增强型场效应管放大能力的一个重要参数是_。(a)输入电阻输入电阻(b)输出电阻输出电阻(c)跨导跨导(d)开启电压开启电压7、工作在恒流状态下的场效应管，下列关于跨导、工作在恒流状态下的场效应管，下列关于跨导gm正确正确的说法是的说法是_。(a)gm与静态漏极电流与静态漏极电流IDQ(b)gm与栅源电压与栅源电压VGS的的平方成正比平方成正比(c)gm与漏源电压与漏源电压VDS成正比成正比(d)gm与静态漏极电流与静态漏极电流IDQ的开方成正比的开方成正比5、与双极型晶体管比较，场效应管的输入电阻、与双极型晶体管比较，场效应管的输入电阻_5455555656