场效应管的问题

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-01
请问场效应管在什么情况下会烧?

问题解答一:
管子损毁分两种情况,烧毁和击穿是两个概念,烧毁指的是管子在工作中过载从而导致PN结温度过高而损毁,击穿指的是管子在工作中加在管子上的电压超出管子实际允许的极限电压而导致PN结击穿损毁。
场效应管按大类分有绝缘删型场效应管和结型场效应管,不管是哪一种场效应管子,控制极(G极)电压的改变结果都会使漏极(S极)和源极(D极)之间的内阻发生改变,(若这个电压太高:对于绝缘删型场效应管会导致管子GS结击穿损毁,对于结型场效应管则会导致管子GS间PN结过热烧毁),漏-源极间内阻的改变势必会导致管子通过电流的变化,要知道管子是否会烧毁首先要知道的是管子安全工作必须满足的几个条件,如下:
1、管子工作时通过的最大电流不得超过手册里规定的极限电流值。
2、管子工作时在极短的时间里通过的瞬间电流值不得超过手册里规定的极限浪涌电流值。
3、管子工作时漏-源极间的电压乘以漏-源极间通过的电流,所得到的功率值为管子实际消耗的功率,这个数值必须小于手册里规定该管子的极限耗散功率值。这个很重要,参考时务必注意手册里极限值的测试条件,如散热片的尺寸等。
4、管子工作时的实际工作频率必须远小于管子手册中给出的极限工作频率值,一般选1/2到1/3。
5、管子工作时电路中的峰值电压不得超过手册中给出的极限工作电压值。
注:在实际设计电路时为保证管子安全可靠的工作还要在极限值的基础上留有一定的安全系数。

问题解答二:
在震荡电路里还要看实际的震荡波形,只要波形峰值电压不超过管子耐压极限值时基本可以排除击穿的可能,其它烧毁的风险可以根据问题解答一判断分析;如果管子是工作在开关状态,可以参考楼上 ivanlawang同志所说的:Mos管开启、关闭都需一定的功率、因存在电容贮存电荷效应与过渡时间、这过程叫损耗值、即管会烫、过度了管孑就烧伤。面积小通过电流大也会烧伤。MOs开启电压需大于10V速度微秒级、关闭也需10V微秒级,就这1微秒如延长2一3微秒上升下降时间功耗就加倍了。

问题解答三:
一楼所说的保护电阻不应该叫上拉电阻,应该是指栅极与源极之间并联的那个电阻(放大电路里通常叫下拉电阻或下偏置电阻),这个电阻要根据电路设计的实际需要而确定,不见的所有的电路里都必须有。

通过以上解答,聪明的你一定会知道管子的选型很重要,因为场效应管的型号成千上万,不同型号管子的性能参数往往相差甚远,要想直接肯定的回答你的问题,必须知道你的电路工作原理和各元件的具体型号和参数。在这里最简单明了的答案就是:只要电路设计正确无误,管子参数选型合理,电路工作环境正常,具备这几个条件管子就不会烧毁。

1、结型场效应管的管脚识别
  场效应管的栅极相当于晶体管的基极,源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档,用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等,均为数KΩ时,则这两个管脚为漏极D和源极S(可互换),余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管,另外一极是屏蔽极(使用中接地)。
  2、 判定栅极(红表笔接表内电池的负极,黑表笔接表内电池的正极)
  用万用表黑表笔碰触管子的栅极,红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小,说明均是正向电阻,该管属于N沟道场效应管。
  制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的,可以互换使用,并不影响电路的正常工作,所以不必加以区分。若要区分,则可根据在源—漏之间有一个PN结,通过测量PN结正、反向电阻存在差异,识别S极与D极。将万用表拨到R×100档,用交换表笔法测两次电阻,相当于给场效应管加上1.5V的电源电压,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。 注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高,栅源间的极间电容又很小,测量时只要有少量的电荷,就可在极间电容上形成很高的电压,容易将管子损坏。
  3、 估测场效应管的放大能力
  将万用表拨到R×100档,相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G,将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用,UDS和ID都将发生变化,也相当于D-S极间电阻发生变化,可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小,说明管子的放大能力较弱;若表针不动,说明管子已经损坏。
  由于人体感应的50Hz交流电压较高,而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同,因此用手捏栅极时表针可能向右摆动,也可能向左摆动。少数的管子RDS减小,使表针向右摆动,多数管子的RDS增大,表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何,只要能有明显地摆动,就说明管子具有放大能力。

有四种可能:1、增强型MOS管;2、耗尽型MOS管;3、耗尽型MOS管;4、结型管。见图:





①是S,②是G,③是D; 增强型MOS管。

场效应管
开放分类: 电子、科技、工具

根据三极管的原理开发出的新一代放大元件,有3个极性,栅极,漏极,源极,它的特点是栅极的内阻极高,采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧,属于电压控制型器件

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1.概念:

场效应晶体管(Field Effect Transistor缩写(FET))简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.

特点:

具有输入电阻高(100000000~1000000000Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者.

作用:

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,不必使用电解电容器.

场效应管可以用作电子开关.

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.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.

2.场效应管的分类:

场效应管分结型、绝缘栅型(MOS)两大类

按沟道材料:结型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种.

按导电方式:耗尽型与增强型,结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的。

场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管,而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类.见下图 :

3.场效应管的主要参数 :

Idss — 饱和漏源电流.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,栅极电压UGS=0时的漏源电流.

Up — 夹断电压.是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中,使漏源间刚截止时的栅极电压.

Ut — 开启电压.是指增强型绝缘栅场效管中,使漏源间刚导通时的栅极电压.

gM — 跨导.是表示栅源电压UGS — 对漏极电流ID的控制能力,即漏极电流ID变化量与栅源电压UGS变化量的比值.gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数.

BVDS — 漏源击穿电压.是指栅源电压UGS一定时,场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压.这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于BVDS.

PDSM — 最大耗散功率,也是一项极限参数,是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时,场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量.

IDSM — 最大漏源电流.是一项极限参数,是指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流.场效应管的工作电流不应超过IDSM

4.结型场效应管的管脚识别:

判定栅极G:将万用表拨至R×1k档,用万用表的负极任意接一电极,另一只表笔依次去接触其余的两个极,测其电阻.若两次测得的电阻值近似相等,则负表笔所接触的为栅极,另外两电极为漏极和源极.漏极和源极互换,若两次测出的电阻都很大,则为N沟道;若两次测得的阻值都很小,则为P沟道.

判定源极S、漏极D:

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.

5.常效应管与晶体三极管的比较

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.

一、场效应管的结构原理及特性 场效应管有结型和绝缘栅两种结构,每种结构又有N沟道和P沟道两种导电沟道。
1、结型场效应管(JFET)
(1)结构原理 它的结构及符号见图1。在N型硅棒两端引出漏极D和源极S两个电极,又在硅棒的两侧各做一个P区,形成两个PN结。在P区引出电极并连接起来,称为栅极Go这样就构成了N型沟道的场效应管

图1、N沟道结构型场效应管的结构及符号
由于PN结中的载流子已经耗尽,故PN基本上是不导电的,形成了所谓耗尽区,从图1中可见,当漏极电源电压ED一定时,如果栅极电压越负,PN结交界面所形成的耗尽区就越厚,则漏、源极之间导电的沟道越窄,漏极电流ID就愈小;反之,如果栅极电压没有那么负,则沟道变宽,ID变大,所以用栅极电压EG可以控制漏极电流ID的变化,就是说,场效应管是电压控制元件。
(2)特性曲线
1)转移特性
图2(a)给出了N沟道结型场效应管的栅压---漏流特性曲线,称为转移特性曲线,它和电子管的动态特性曲线非常相似,当栅极电压VGS=0时的漏源电流。用IDSS表示。VGS变负时,ID逐渐减小。ID接近于零的栅极电压称为夹断电压,用VP表示,在0≥VGS≥VP的区段内,ID与VGS的关系可近似表示为:
ID=IDSS(1-|VGS/VP|)
其跨导gm为:gm=(△ID/△VGS)|VDS=常微(微欧)|
式中:△ID------漏极电流增量(微安)
------△VGS-----栅源电压增量(伏)

图2、结型场效应管特性曲线
2)漏极特性(输出特性)
图2(b)给出了场效应管的漏极特性曲线,它和晶体三极管的输出特性曲线 很相似。
①可变电阻区(图中I区)在I区里VDS比较小,沟通电阻随栅压VGS而改变,故称为可变电阻区。当栅压一定时,沟通电阻为定值,ID随VDS近似线性增大,当VGS<VP时,漏源极间电阻很大(关断)。IP=0;当VGS=0时,漏源极间电阻很小(导通),ID=IDSS。这一特性使场效应管具有开关作用。
②恒流区(区中II区)当漏极电压VDS继续增大到VDS>|VP|时,漏极电流,IP达到了饱和值后基本保持不变,这一区称为恒流区或饱和区,在这里,对于不同的VGS漏极特性曲线近似平行线,即ID与VGS成线性关系,故又称线性放大区。
③击穿区(图中Ⅲ区)如果VDS继续增加,以至超过了PN结所能承受的电压而被击穿,漏极电流ID突然增大,若不加限制措施,管子就会烧坏。
2、绝缘栅场效应管
它是由金属、氧化物和半导体所组成,所以又称为金属---氧化物---半导体场效应管,简称MOS场效应管。
(1)结构原理
它的结构、电极及符号见图3所示,以一块P型薄硅片作为衬底,在它上面扩散两个高杂质的N型区,作为源极S和漏极D。在硅片表覆盖一层绝缘物,然后再用金属铝引出一个电极G(栅极)由于栅极与其它电极绝缘,所以称为绝缘栅场面效应管。

图3、N沟道(耗尽型)绝缘栅场效应管结构及符号
在制造管子时,通过工艺使绝缘层中出现大量正离子,故在交界面的另一侧能感应出较多的负电荷,这些负电荷把高渗杂质的N区接通,形成了导电沟道,即使在VGS=0时也有较大的漏极电流ID。当栅极电压改变时,沟道内被感应的电荷量也改变,导电沟道的宽窄也随之而变,因而漏极电流ID随着栅极电压的变化而变化。
场效应管的式作方式有两种:当栅压为零时有较大漏极电流的称为耗散型,当栅压为零,漏极电流也为零,必须再加一定的栅压之后才有漏极电流的称为增强型。
(2)特性曲线
1)转移特性(栅压----漏流特性)
图4(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的转移行性曲线,图中Vp为夹断电压(栅源截止电压);IDSS为饱和漏电流。
图4(b)给出了N沟道增强型绝缘栅场效管的转移特性曲线,图中Vr为开启电压,当栅极电压超过VT时,漏极电流才开始显著增加。
2)漏极特性(输出特性)
图5(a)给出了N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的输出特性曲线。
图5(b)为N沟道增强型绝缘栅场效应管的输出特性曲线 。

图4、N沟道MOS场效管的转移特性曲线

图5、N沟道MOS场效应管的输出特性曲线
此外还有N衬底P沟道(见图1)的场效应管,亦分为耗尽型号增强型两种,
各种场效应器件的分类,电压符号和主要伏安特性(转移特性、输出特性) 二、场效应管的主要参数
1、夹断电压VP
当VDS为某一固定数值,使IDS等于某一微小电流时,栅极上所加的偏压VGS就是夹断电压VP。
2、饱和漏电流IDSS
在源、栅极短路条件下,漏源间所加的电压大于VP时的漏极电流称为IDSS。
3、击穿电压BVDS
表示漏、源极间所能承受的最大电压,即漏极饱和电流开始上升进入击穿区时对应的VDS。
4、直流输入电阻RGS
在一定的栅源电压下,栅、源之间的直流电阻,这一特性有以流过栅极的电流来表示,结型场效应管的RGS可达1000000000欧而绝缘栅场效应管的RGS可超过10000000000000欧。
5、低频跨导gm
漏极电流的微变量与引起这个变化的栅源电压微数变量之比,称为跨导,即
gm= △ID/△VGS
它是衡量场效应管栅源电压对漏极电流控制能力的一个参数,也是衡量放大作用的重要参数,此参灵敏常以栅源电压变化1伏时,漏极相应变化多少微安(μA/V)或毫安(mA/V)来表示

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