什么是结型场效应管

什么是结型场效应管场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。

它不仅具有双极型三极管的体积小，重量轻，耗电少，寿命长等优点，而且还具有输入电阻高,热稳定性好，抗辐射能力强，噪声低，制造工艺简单，便于集成等特点•因而,在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用•根据结构和工作原理不同，场效应管可分为两大类：结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）。

在两个高掺杂的P区中间，夹着一层低掺杂的N区（N区一般做得很薄），形成了两个PN结。

在N 区的两端各做一个欧姆接触电极，在两个P区上也做上欧姆电极，并把这两个P区连起来，就构成了一个场效应管。

从N型区引出的两个电极分别为源极S和漏极D,从两个P区引出的电极叫栅极G,很薄的N区称为导电沟道。

结型场效应管分类：N沟道和P沟道两种。

如下图所示为N沟道管的结构和符号。

结型场效应管的结构和符号如右图所示为N沟道结型场效应管的结构示意图。

N沟道结型场效应管正常工作时，在漏-源之间加正向电压%，形成漏极电流。

卒<0,耗尽层承受反向电压，既保证栅-源之间内阻很高，又实现%对沟道电流的控制。

★=0时，% 对导电沟道的控制作用，如下图所示。

♦"二.1 =0时，“二=0,耗尽层很窄，导电沟道很宽。

他）结初N沟道管FW道管（b）«号♦"U I增大时，耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻增大。

♦"U I增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，称此时"上的值为夹断电压■■1J1。

励尸0时Lte时导电沟道的控制作用★叫芒为%如~0中某一固定值时，仏对漏极电流5的影响▲氏=0,由％所确定的一定宽的导电沟道，但由于d-s间电压为零，多子不会产生定向移动，山=0。

▲^氏>0,有电流从漏极流向源极，从而使沟道各点与栅极间的电压不再相等，沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽。

如下图（a）所示。

▲%从零逐渐增大时， F =忸 -亞逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道随之变窄。

电流5随窟氏线性增大。

▲ 增大，使J ，漏极一边耗尽层出现夹断区，称 二亡」r 为预夹断。

(a) iftQZ 尿⑷UcS(sfT )<ll^ 0且 U®>0的情况▲ F 继续增大，肚网 刀刚册，夹断区加长。

这时，一方面自由电子从漏极向源极定向移动所受阻力加大，从而导致 5减小；另一方面，随着 17氏的增大，使d-s 间的纵向电场增强，导致 ‘口增大。

两种变化趋势相抵消， 表现出恒流特性。

结型场效应管的输出特性表示在栅源电压一定的情况下，漏极电流与漏源电压宓之间的关系，即 切二北韵检二常数输出特性可以分为四个工作区：♦可变电阻区：曲线拐弯点的连线与纵轴所夹区域。

较小，导电沟道畅通，d-s之间相当于一个欧姆电阻，当 肚掘不变，◎氏从零增大，5线性增大。

肚用越大，曲线越 陡，沟道电阻随^能大小而变，故称为可变电阻区，在这个区域场效应管是导通的，类似于 晶体三极管的饱和区。

丄—獅±♦夹断区：靠近横轴心，＜"Q区域•此时电流=0,场效应管呈现一个很大的电阻，这个区域类似晶体三极管的截止区。

♦恒流区：恒流区指中间平坦区域，它属于线性放大区，增大到脱离可变电阻区， -不随"亡的增大而变化，-趋向恒定值。

在这个区域，-只随“完的增大而增大。

在该区域工作的场效应管，一的大小只受"兰的控制，表现出场效应管电压控制电流的放大作用。

♦击穿区：增大，二突然加大，反向偏置的PN结超过承受极限而发生沟道击穿 "兰和失去对丄的控制作用，若不加限制，场效应管会损坏。

使用时一定要特别注意， F不可过大。

场效应管的转移特性曲线由于结型管外加的是反偏电压，没有栅极电流，所以没有输入特性。

漏极电流」与栅源电压o 的关系曲线称为转移特性。

艮卩N沟道结型管匚-对*的控制规律如图所示。

常数当窝虻为确定值肚用由零向负方向变化5将减小, %丹奶)，使S =0,此电压便是夹断电压。

当=0时，漏极电流最大，称为饱和漏电流，用I DSS表示。

实验证明，在%加/曲＜0的范围内，漏极电流与栅极电压的关系近似为：说明场效应管为非线性器件。

场效应管在手机射频电路中作为放大元件使用，在逻辑电路一般作开关元件使用。

与三极管一样，场效应管必须加上适当的偏压，才能正常工作，才能起放大、振荡很有成效作用。

其中P沟通型场效应管必须加上负的栅一源电压，而N沟道型场效应管工作必须加上正的栅一源电压。

场效应管具有放大作用，可以组成放大电路，它与双极性三极管相比具有以下特点：(1)场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID ;(2)场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很高；(3)它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；(4)它组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；(5)场效应管的抗辐射能力强。

场效应管的检测由于场效应管的结构、原理和普通三极管不同，在业余条件下用万用表作判别的方法亦不相同，在测试前将双手摸触一下自来水管或地线，以放掉身体的电荷。

1. G极（栅极）的判定：万用表用R X 100档，分别测量场效应管每两脚间的阻值（正反向各测一次），应有一对脚阻值为数百欧姆（如均为大阻值，则用两表笔卡住两只脚，黑笔再点另一脚，如仍为高阻值，再将红笔点另一脚，总有一次出现有两脚低阻值的情况，如没有这种情况，管子应属已损坏）这时万用表两表笔所接的引脚是D极（漏极）和S极（源极），对其它脚均为阻值大的是G极（栅极）。

2. D极（漏极）、S极（源极）的判定：万用表置于R X 10档，将红、黑表笔卡住要判断的D S极上，分别测量两极间的正反向电阻值，在测得阻值为较大值时，用黑表笔与G极（栅极）接触一下，然后再恢复原状，在此过程中，红、黑笔应始终与原管脚相触，这时万用表的读数会出现两种情况：若读数由大变小，则万用表黑笔所接的管脚为D极（漏极），红表笔所接的管脚为S极（源极）；若万用表读数没有明显变化，仍为较大值，这时就应把黑表笔与引脚保持接触，然后移动红表笔与G极（栅极）触碰一下。

此时若阻值由大变小，则黑表笔所接的管脚为S极（源极），红表笔所接的管脚为D极（漏极）。

3. 类型的判定：确定D极（漏极）和S极（源极）后，如果万用表黑表笔所接为D极（漏极），红表笔所接为S极S极（源极），而且用黑表笔触发G （栅极）极，这时表明该场效应管为N沟道；如果黑表笔所接为S极（源极），红表笔所接为D极（漏极），且需用红表笔才能触发G极（栅极），则表明该场效应管为P沟道。

4. 跨导大小的判别：对于N沟道的场效应管，用红表笔接S极（源极）黑表笔接D极（漏极），万用表读数应较大，这时若用100K电阻一端先按D极（漏极），再碰G极（栅极），万用表读数就会发生变化，变化越明显，说明该场效应管的跨导越大。

对于D沟道的场效应管，用黑表笔接S极（源极），红表笔接D极（漏极），方法同前。

有的人用手触碰G极（栅极）的方法来试亦可，但易造成击穿故障。

有些大功率管，S极（源极）与D极（漏极）反向并有一只二极管，测试时应考虑这一情况。

场效应管-晶体管的组合管，也可按这一方法测试•场效应管的测量：一、用指针式万用表对场效应管进行判别(1)用测电阻法判别结型场效应管的电极根据场效应管的PN结正、反向电阻值不一样的现象，可以判别出结型场效应管的三个电极。

具体方法：将万用表拨在R X 1k档上，任选两个电极，分别测出其正、反向电阻值。

当某两个电极的正、反向电阻值相等，且为几千欧姆时，则该两个电极分别是漏极D和源极S。

因为对结型场效应管而言，漏极和源极可互换，剩下的电极肯定是栅极G。

也可以将万用表的黑表笔(红表笔也行) 任意接触一个电极，另一只表笔依次去接触其余的两个电极，测其电阻值。

当出现两次测得的电阻值近似相等时，则黑表笔所接触的电极为栅极，其余两电极分别为漏极和源极。

若两次测出的电阻值均很大，说明是PN结的反向，即都是反向电阻，可以判定是N沟道场效应管，且黑表笔接的是栅极；若两次测出的电阻值均很小，说明是正向PN结，即是正向电阻，判定为P沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。

若不出现上述情况，可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试，直到判别出栅极为止。

(2)用测电阻法判别场效应管的好坏测电阻法是用万用表测量场效应管的源极与漏极、栅极与源极、栅极与漏极、栅极G 1与栅极G 2之间的电阻值同场效应管手册标明的电阻值是否相符去判别管的好坏。

具体方法：首先将万用表置于RX1 0或RX 100档，测量源极S与漏极D之间的电阻，通常在几十欧到几千欧范围(在手册中可知，各种不同型号的管，其电阻值是各不相同的)，如果测得阻值大于正常值，可能是由于内部接触不良；如果测得阻值是无穷大，可能是内部断极。

然后把万用表置于RX10k档，再测栅极G 1与G 2之间、栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻值，当测得其各项电阻值均为无穷大，则说明管是正常的；若测得上述各阻值太小或为通路，则说明管是坏的。

要注意，若两个栅极在管内断极，可用元件代换法进行检测。

(3)用感应信号输人法估测场效应管的放大能力具体方法：用万用表电阻的R X 100档，红表笔接源极S,黑表笔接漏极D,给场效应管加上1.5 V的电源电压，此时表针指示出的漏源极间的电阻值。

然后用手捏住结型场效应管的栅极G,将人体的感应电压信号加到栅极上。

这样，由于管的放大作用，漏源电压VDS 和漏极电流I b都要发生变化，也就是漏源极间电阻发生了变化，由此可以观察到表针有较大幅度的摆动。

如果手捏栅极表针摆动较小，说明管的放大能力较差；表针摆动较大，表明管的放大能力大；若表针不动，说明管是坏的。

根据上述方法，我们用万用表的R X 100档，测结型场效应管3DJ2F。

先将管的G极开路，测得漏源电阻RDS为600Q，用手捏住G极后，表针向左摆动，指示的电阻RDS为12k Q , 表针摆动的幅度较大，说明该管是好的，并有较大的放大能力。

运用这种方法时要说明几点：首先，在测试场效应管用手捏住栅极时，万用表针可能向右摆动(电阻值减小)，也可能向左摆动(电阻值增加)。

这是由于人体感应的交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同(或者工作在饱和区或者在不饱和区) 所致，试验表明，多数管的RDS曽大，即表针向左摆动；少数管的RDS M小，使表针向右摆动。

但无论表针摆动方向如何，只要表针摆动幅度较大，就说明管有较大的放大能力。

第二，此方法对M0场效应管也适用。

但要注意，M0场效应管的输人电阻高，栅极G允许的感应电压不应过高，所以不要直接用手去捏栅极，必须用于握螺丝刀的绝缘柄，用金属杆去碰触栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极，引起栅极击穿。