场效应管(fet),场效应管(fet)是什么意思
场效应管和双极晶体管不同,仅以电子或空穴中的一种载子动作的晶体管。按照结构、原理可以分为:
.接合型场效应管
.mos型场效应管
★接合型场效应管(结型fet)
原 理
n通道接合型场效应管如图所示,以p型半导体的栅极从两侧夹住n型半导体的结构。将pn接合面上外加反向电压时所产生的空乏区域用于电流控制。
n型结晶区域的两端加上直流电压时,电子从源极流向漏极。电子所通过的通道宽度由从两侧面扩散的p型区域以及加在该区域上的负电压所决定。
加强负的栅极电压时,pn接合部分的空乏区域扩展到通道中,而缩小通道宽度。因此,以栅极电极的电压可以控制源极-漏极之间的电流。
用 途
即使栅极电压为零,也有电流流通,因此用于恒定电流源或因低噪音而用于音频放大器等。
结型fet的图形记号
结型fet的动作原理(n通道)
★mos型场效应管
原 理
即使是夹住氧化膜(o)的金属(m)与半导体(s)的结构(mos结构),如果在(m)与半导体(s)之间外加电压的话,也可以产生空乏层。再加上较高的电压时,氧华膜下能积蓄电子或空穴,形成反转层。将其作为开关利用的即为mosfet。
在动作原理图上,如果栅极电压为零,则pn接合面将断开电流,使得电流在源极、漏极之间不流通。如果在栅极旧外加正电压的话,则p型半导体的空穴将从栅极下的氧化膜-p型半导体的表面被驱逐,而形成空乏层。而且,如果再提高栅极电压的话,电子将被吸引表表面,而形成较薄的n型反转层,由此源杖(n型)和漏极(n型)之间连接,使得电流流通。
用 途
因其结构简单、速度快,且栅极驱动简单、具有耐破坏力强等特征,而且使用微细加工技术的话,即可直接提高性能,因此被广泛使用于由lsi的基础器件等高频器件到功率器件(电力控制器件)等的领域中。
mos fet的图形记号
mos fet的动作原理(n通道)
常用场效用管
1、mos场效应管
即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为mosfet(metal-oxide-semiconductor
field-effect-transistor),属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最
高可达1015ω)。它也分n沟道管和p沟道管,符号如图1所示。通常是将衬底(基板)与源极s接在一起。根据导电方式的不同,mosfet又分增强型、
耗尽型。所谓增强型是指:当vgs=0时管子是呈截止状态,加上正确的vgs后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。
耗尽型则是指,当vgs=0时即形成沟道,加上正确的vgs时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。
以n沟道为例,它是在p型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区n+和漏扩散区n+,再分别引出源极s和漏极d。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电
位。图1(a)符号中的前头方向是从外向电,表示从p型材料(衬底)指身n型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使vgs=0时,沟道电流(即漏极电
流)id=0。随着vgs逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的n型沟道,当vgs大于管子的
开启电压vtn(一般约为+2v)时,n沟道管开始导通,形成漏极电流id。
国产n沟道mosfet的典型产品有3do1、3do2、3do4(以上均为单栅管),4do1(双栅管)。它们的管脚排列(底视图)见图2。
mos场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形
成相当高的电压(u=q/c),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使g极与s极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引
线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。
mos场效应管的检测方法
(1).准备工作 测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触mosfet的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。
(2).判定电极
将万用表拨于r×100档,首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极g。交换表笔重测量,s-d之间的电阻值应为几百欧至几千
欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为d极,红表笔接的是s极。日本生产的3sk系列产品,s极与管壳接通,据此很容易确定s极。
(3).检查放大能力(跨导)
将g极悬空,黑表笔接d极,红表笔接s极,然后用手指触摸g极,表针应有较大的偏转。双栅mos场效应管有两个栅极g1、g2。为区分之,可用手分别触摸
g1、g2极,其中表针向左侧偏转幅度较大的为g2极。 目前有的mosfet管在g-s极间增加了保护二极管,平时就不需要把各管脚短路了。
mos场效应晶体管使用注意事项。
mos场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换。mos场效应晶体管由于输入阻抗高(包括mos集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则:
mos器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装
取出的mos器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件。
焊接用的电烙铁必须良好接地。
在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再mos器件焊接完成后在分开。
mos器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。
电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。
mos场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。
2、vmos场效应管
vmos场效应管(vmosfet)简称vmos管或功率场效应管,其全称为v型槽mos场效应管。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mos场效应管输入阻抗高(≥108w)、驱动电流小(左右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)、跨导的线性好、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。
众所周知,传统的mos场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动。vmos管则不同,从左下图上可以
看出其两大结构特点:第一,金属栅极采用v型槽结构;第二,具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出,所以id不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂n+
区(源极s)出发,经过p沟道流入轻掺杂n-漂移区,最后垂直向下到达漏极d。电流方向如图中箭头所示,因为流通截面积增大,所以能通过大电流。由于在栅
极与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型mos场效应管。
国内生产vmos场效应管的主要厂家有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。
vmos场效应管的检测方法
(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。若发现某脚与其字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、漏极d 由图1可见,在源-漏之间有一个pn结,因此根据pn结正、反向电阻存在差异,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)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是s极,红表笔接d极。
(3).测量漏-源通态电阻rds(on)将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)=3.2w,大于0.58w(典型值)。
(4).检查跨导 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。
注意事项:
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。
有少数vmos管在g-s之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。
目前市场上还有一种vmos管功率模块,专供交流电机调速器、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。
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和广播、通信设备中。
使用vmos管时必须加合适的散热器后。以vnf306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30w
8、场效应管与晶体管的比较
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。
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。
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。
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。
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