場(chǎng)效應(yīng)管的問題點(diǎn)解答

1、場(chǎng)效應(yīng)管的問題點(diǎn)解答1?場(chǎng)效應(yīng)管的性能與雙極型三極管比較具有哪些特點(diǎn)？ 答：場(chǎng)效應(yīng)管是另一種半導(dǎo)體放大器件。在場(chǎng)效應(yīng)管中只是多子參與導(dǎo)電，故稱為單極型三極 管；而普通三極管參與導(dǎo)電的， 既有多數(shù)載流子， 又有少數(shù)載流子， 故稱為雙極型三極管。由于少數(shù)載流子的濃度易受溫度的影響，因此，在溫度穩(wěn)定性、低噪聲等方面前者優(yōu)于后 者。2雙極型三極管是電流控制器件，通過控制基極電流到達(dá)控制輸出電流的目的。因此， 基極總有一定的電流，故三極管的輸人電阻較低；場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，其輸出電流9決定于柵源極之間的電壓，柵極基本上不取電流，因此，它的輸入電阻很高，可達(dá)101410 Q。高輸入電阻是場(chǎng)效應(yīng)管的突出

2、優(yōu)點(diǎn)。3場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換，耗盡型絕緣柵管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比雙 極型三極管強(qiáng)。4場(chǎng)效應(yīng)管和三極管都可以用于放大或作可控開關(guān)。但場(chǎng)效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使 用，可以在微電流、低電壓條件下工作。且便于集成。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應(yīng) 用極為廣泛。2?場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性如何表示？試以 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，說明場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特 性曲線與雙極型三極管的輸出特性有和區(qū)別？答：場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性用輸出特性(又稱漏極特性) Id=f(Vds)|Vgs= 常數(shù)和轉(zhuǎn)移特性 Id=f(Vgs)|Vds= 常數(shù)表示。它們都反映了場(chǎng)效應(yīng)管工作的同一物理過程，轉(zhuǎn)移特性可以直 接從輸出特性上用

3、作圖法 一對(duì)應(yīng)地求出。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線與雙極型三極管的輸出特性相比有類似之處，但有區(qū) 別，詳見表1 . 3. 2。3?何為場(chǎng)效應(yīng)管的開啟電壓 Vt和夾斷電壓Vp?在圖1.3.3(a)和(b)所示場(chǎng)效應(yīng)管的輸出 特性曲線上如何確定其值？答：對(duì)于增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)在Vgs=O時(shí)不存在導(dǎo)電溝道，只有當(dāng) Vgs達(dá)到開 啟電壓 Vt 時(shí)才有漏極電流 Id 。因此，在輸出特性中， Id 大于或等于零(即開始出現(xiàn) Id) 時(shí)所對(duì)應(yīng)的Vgs值即為開啟電壓計(jì)。一般，N溝道增強(qiáng)型MOSFE的Vt值為正值，P溝道 的 Vt 值為負(fù)值。圖1. 3. 3 (a)所示為P溝道增強(qiáng)型MO

4、SFE的輸出特性曲線，由圖可知該管的開啟電壓 Vt=-2V。對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)和耗盡型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET，當(dāng)Vgs=O時(shí)已存在導(dǎo) 電溝道，柵源電壓Vgs等于夾斷電壓Vp時(shí)，溝道夾斷，漏極電流Id=O。一般N溝道FET 的Vp值為負(fù)值，而P溝道FET的Vp值為正值。圖1. 3. 3 ( b )所示為N溝道JFET的輸出特性曲線。根據(jù)以上分析，Id=O所對(duì)應(yīng)的Vgs 值為夾斷電壓，故Vp= -5V。由于可變電阻區(qū)和飽和區(qū)的分界線是預(yù)夾斷點(diǎn)的軌跡，預(yù)夾斷時(shí)，Vgd=Vp因此，在輸出特性上，用Vds的值來表示預(yù)夾斷點(diǎn)時(shí)，可求得：Vds=Vdg+Vgs=Vgs-Vgd=Vgs-Vp

5、故由預(yù)夾斷軌跡，也可求得 Vp。例如，在圖1 3. 3 (b)中，Vgs=OV那條曲線與預(yù)夾斷 分界線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的Vds值就是-Vp，即-Vp=5V;而Vgs=-2V那條曲線與預(yù)夾斷分界線交 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的 Vds值減去Vgs也是一 Vp,可得出-Vp=Vds-Vgs=3V-(-2)V=5V。余此類推。4 場(chǎng)效應(yīng)管有許多類型，它們的輸出特性及轉(zhuǎn)移特性各不相同，不同類型的場(chǎng)效應(yīng)管各極 間所加電壓極性也不相同，試總結(jié)它們的規(guī)律。答：場(chǎng)效應(yīng)管的種類很多，有結(jié)型 FET耗盡型MOSFET增強(qiáng)型MOSFET每一類型又有P溝道 和N溝道之分。各種類型場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)和特性曲線見表1 3 4 (a)。為了保證它們

6、工作在飽和區(qū)(即放大區(qū))起放大作用，Vgs和Vds的極性有如下規(guī)律。1. Vds 值的極性取決于導(dǎo)電溝道的類型凡是N溝道，載流子是電子，欲使電子向漏極漂移運(yùn)動(dòng)，Vds必為正值；凡是P溝道，載流子是空穴，欲使空穴向漏極漂移運(yùn)動(dòng)，Vds必為負(fù)值。2. Vgs 值的極性取決于工作方式和導(dǎo)電溝道的類型對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，要求柵源極間加反向偏置電壓。如果是N溝道，柵極為P型半導(dǎo)體，為使PN結(jié)反偏，要求Vgs 0 對(duì)于絕緣柵型MOSFE,如果是增強(qiáng)型N溝道，為了吸引電子形成N溝道，柵極必須加正電 壓，即Vgs O如果是耗盡型N溝道，為了排斥溝道中的電子，使溝道變窄，柵極必須加 負(fù)電壓，即Vgsw0;為了加寬

7、溝道，吸引更多電子到襯底表面來，柵極必須加正電壓，即 Vgs O P溝道則相反。綜上所述，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中。Vgs和Vds反極性；增強(qiáng)型MOFET中Vgs與Vds同極性；耗 盡型MOFET中有兩種情況，視加寬還是縮減溝道而定，可以是正偏、零偏或反偏。見表l 3 4 (b)03 Vp 和 Vt 的正負(fù)極性取決于導(dǎo)電溝道類型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型 MOSFE存在夾斷電壓Vp, N溝道Vp為負(fù)值，P溝道為正值；增強(qiáng) 型MOSFE存在開啟電壓Vt，N溝道Vt為正值，P溝道為負(fù)值。5?場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理與普通三極管不同，那么場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的偏置電路有何特點(diǎn)？它有幾種偏置方式？答：場(chǎng)效應(yīng)管偏置電路的特點(diǎn)是：

8、1 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件，因此，放大電路只要求建立合適的偏置電壓V(GS)，不要求偏置電流；2不同類型的場(chǎng)效應(yīng)管，對(duì)偏置電壓的極性有不同要求如 JFET必須是反極性偏置，即V(GS) 與V(DS)極性相反，增強(qiáng)MOSFE的V(GS)和V(DS)必須是同極性偏置，耗盡型 MOSFE的 V(GS)可正偏、零偏或反偏；3 場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm都較低，對(duì)放大性能不利，因此，必須設(shè)置較高的靜態(tài)工作點(diǎn)。為 了減小靜態(tài)工作點(diǎn)受溫度變化的影響，常采用穩(wěn)定工作點(diǎn)的電路?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，必須根據(jù)不同的場(chǎng)效應(yīng)管選用不同的偏置電路。在分立元件的場(chǎng)效應(yīng)管放 大電路中，偏置電路有零偏壓、固定偏壓、自偏壓、混合偏置等形式；在

9、集成電路平常采 用不同的電流源作為偏置電路。零偏壓電路只適于耗盡型 MOSFE放大電路；固定偏壓適于所有的場(chǎng)效應(yīng)管放大電路；自 偏壓適于JFET和耗盡型MOSFE放大電路；混合偏置既包含了固定偏壓又包含了自偏壓， 適于所有的場(chǎng)效應(yīng)管放大電路。表2. 6. I列出了場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的各種偏置電路及Q點(diǎn)計(jì)算式 6?場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的組成原則與普通三極管電路價(jià)的組成原則基本相同。試判斷圖 262 所示的場(chǎng)效應(yīng)管放大電路能否進(jìn)行正常放大，并說明理由。答：判斷一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大電路對(duì)輸入信號(hào)能否進(jìn)行正常放大的原則， 與判斷三極管放大電路 對(duì)輸入信號(hào)能否進(jìn)行正常放大的原則基本一樣， 也就是要有適當(dāng)?shù)闹绷髌?/p>

10、和有暢通的信 號(hào)輸入、輸出回路。根據(jù)此原則對(duì)圖 262 判斷如下。圖2 6. 2 (a)所示電路對(duì)信號(hào)不能正常放大，因?yàn)楣茏覶為N溝邊結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，要求偏置電壓V(GS)v 0才能正常放大，而在本電路中 V(GS)O圖262(b)所示電路對(duì)信號(hào)不能正常放大，因?yàn)楣茏覶為增獨(dú)型PMO管，要大V(GS)v=V(T) 才能正常放大，而在本電路中采用自偏置電路結(jié)構(gòu)，不能建立正常的偏置電壓 V(GS)。圖 2. 6. 2(c) 所示電路只要選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)和有適當(dāng)大小的輸入信號(hào)， 就能保證對(duì) 信號(hào)講行不失真的放大，因?yàn)楣茏?T為耗盡型NMO管，電路采用電阻分壓式固定偏置電 路，偏置電壓V(GS)0,

11、 V(DS)0,而且有正確的信號(hào)輸入、輸出回路，滿足了正常放大的 基本條件。圖 2.6.2(d) 所示電路只要選擇適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)和有適當(dāng)大小的輸入信號(hào)， 就能保證該放 大電路不失真地放大。因?yàn)?，管?T為耗盡型NMO管,電路采用自偏置結(jié)構(gòu)，其偏置電 壓V(GS)0,而且有正確的信號(hào)輸入、輸出回路，可滿足正常放大的基本條件。圖 2.6.2(e) 所示電路只要選擇適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)和有適當(dāng)大小的輸入信號(hào)就能保證不失 真的放大。因?yàn)?，管子T為增強(qiáng)型PMO管，電路采用電阻分壓式固定偏置方式，可通過 選用合適的Rg1,Rg2,Rs獲得V(GS)v=V(T)，而且V(DS)0,又有正確的信號(hào)輸入、輸出回

12、路，可滿足正常放大的基本條件。場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)和使用來源： 2 1 ic 整理?關(guān)鍵字： ?一、用指針式萬用表對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行判別(1) 用測(cè)電阻法判別結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的電極根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管的PN結(jié)正、反向電阻值不一樣的現(xiàn)象，可以判別出結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極。具體方法：將萬用表撥在 RX1k檔上，任選兩個(gè)電極，分別測(cè)出其正、反向 電阻值。當(dāng)某兩個(gè)電極的正、反向電阻值相等，且為幾千歐姆時(shí)，則該兩個(gè)電極分別是漏極D和源極S。因?yàn)閷?duì)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管而言，漏極和源極可互換，剩下的電極肯定是柵 極G也可以將萬用表的黑表筆(紅表筆也行)任意接觸一個(gè)電極，另一只表筆依次去接 觸其余的兩個(gè)電極， 測(cè)其電阻值。 當(dāng)出現(xiàn)兩次測(cè)得

13、的電阻值近似相等時(shí)，則黑表筆所接觸的電極為柵極， 其余兩電極分別為漏極和源極。 若兩次測(cè)出的電阻值均很大， 說明是 PN結(jié)的反向，即都是反向電阻，可以判定是 N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，且黑表筆接的是柵極；若 兩次測(cè)出的電阻值均很小，說明是正向PN結(jié)，即是正向電阻，判定為P溝道場(chǎng)效應(yīng)管， 黑表筆接的也是柵極。若不出現(xiàn)上述情況，可以調(diào)換黑、紅表筆按上述方法進(jìn)行測(cè)試， 直到判別出柵極為止。(2) 用測(cè)電阻法判別場(chǎng)效應(yīng)管的好壞測(cè)電阻法是用萬用表測(cè)量場(chǎng)效應(yīng)管的源極與漏極、 柵極與源極、 柵極與漏極、 柵極 G1與柵極G2之間的電阻值同場(chǎng)效應(yīng)管手冊(cè)標(biāo)明的電阻值是否相符去判別管的好壞。具體方法：首先將萬用表置于 RX

14、10或RX100檔，測(cè)量源極S與漏極D之間的電阻，通 常在幾十歐到幾千歐范圍 (在手冊(cè)中可知，各種不同型號(hào)的管， 其電阻值是各不相同的 )， 如果測(cè)得阻值大于正常值，可能是由于內(nèi)部接觸不良 ； 如果測(cè)得阻值是無窮大，可能是 內(nèi)部斷極。然后把萬用表置于 RX 10k檔，再測(cè)柵極G1與G2之間、柵極與源極、柵極 與漏極之間的電阻值，當(dāng)測(cè)得其各項(xiàng)電阻值均為無窮大，則說明管是正常的 ；若測(cè)得上 述各阻值太小或?yàn)橥罚瑒t說明管是壞的。要注意，若兩個(gè)柵極在管內(nèi)斷極，可用元件 代換法進(jìn)行檢測(cè)。(3) 用感應(yīng)信號(hào)輸人法估測(cè)場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力具體方法：用萬用表電阻的RX 100檔，紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D

15、,給場(chǎng)效 應(yīng)管加上的電源電壓， 此時(shí)表針指示出的漏源極間的電阻值。 然后用手捏住結(jié)型場(chǎng)效應(yīng) 管的柵極G將人體的感應(yīng)電壓信號(hào)加到柵極上。這樣，由于管的放大作用，漏源電壓 VDS和漏極電流lb都要發(fā)生變化，也就是漏源極間電阻發(fā)生了變化，由此可以觀察到 表針有較大幅度的擺動(dòng)。如果手捏柵極表針擺動(dòng)較小，說明管的放大能力較差 ；表針擺 動(dòng)較大，表明管的放大能力大 ； 若表針不動(dòng)，說明管是壞的。根據(jù)上述方法，我們用萬用表的 RX 100檔，測(cè)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管3DJ2F。先將管的G 極開路，測(cè)得漏源電阻RDS為600Q,用手捏住G極后，表針向左擺動(dòng)，指示的電阻RDS 為12kQ，表針擺動(dòng)的幅度較大，說明該管是好

16、的，并有較大的放大能力。運(yùn)用這種方法時(shí)要說明幾點(diǎn)： 首先，在測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管用手捏住柵極時(shí)， 萬用表針可 能向右擺動(dòng) (電阻值減小 ) ，也可能向左擺動(dòng) (電阻值增加 ) 。這是由于人體感應(yīng)的交流電 壓較高，而不同的場(chǎng)效應(yīng)管用電阻檔測(cè)量時(shí)的工作點(diǎn)可能不同( 或者工作在飽和區(qū)或者在不飽和區(qū))所致，試驗(yàn)表明，多數(shù)管的RDS增大，即表針向左擺動(dòng)；少數(shù)管的RDS減小, 使表針向右擺動(dòng)。 但無論表針擺動(dòng)方向如何， 只要表針擺動(dòng)幅度較大， 就說明管有較大 的放大能力。第二，此方法對(duì) MOS場(chǎng)效應(yīng)管也適用。但要注意，MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸人電 阻高，柵極G允許的感應(yīng)電壓不應(yīng)過高，所以不要直接用手去捏柵極，必須用于握

17、螺絲 刀的絕緣柄， 用金屬桿去碰觸柵極， 以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極， 引起柵極擊穿。 第三，每次測(cè)量完畢，應(yīng)當(dāng)G-S極間短路一下。這是因?yàn)镚-S結(jié)電容上會(huì)充有少量電荷， 建立起VGS電壓，造成再進(jìn)行測(cè)量時(shí)表針可能不動(dòng)，只有將G-S極間電荷短路放掉才行。(4) 用測(cè)電阻法判別無標(biāo)志的場(chǎng)效應(yīng)管首先用測(cè)量電阻的方法找出兩個(gè)有電阻值的管腳，也就是源極S和漏極D,余下兩個(gè)腳為第一柵極G1和第二柵極G2把先用兩表筆測(cè)的源極S與漏極D之間的電阻值記 下來，對(duì)調(diào)表筆再測(cè)量一次，把其測(cè)得電阻值記下來，兩次測(cè)得阻值較大的一次，黑表 筆所接的電極為漏極D;紅表筆所接的為源極S。用這種方法判別出來的S、D極，還

18、可 以用估測(cè)其管的放大能力的方法進(jìn)行驗(yàn)證，即放大能力大的黑表筆所接的是D極;紅表筆所接地是8極，兩種方法檢測(cè)結(jié)果均應(yīng)一樣。當(dāng)確定了漏極 D源極S的位置后，按 D、S的對(duì)應(yīng)位置裝人電路，一般 G1、G2也會(huì)依次對(duì)準(zhǔn)位置，這就確定了兩個(gè)柵極 G1、 G2的位置，從而就確定了 D、S、G1、G2管腳的順序。(5) 用測(cè)反向電阻值的變化判斷跨導(dǎo)的大小對(duì)VMOS N勾道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管測(cè)量跨導(dǎo)性能時(shí)，可用紅表筆接源極S、黑表筆接漏極D,這就相當(dāng)于在源、漏極之間加了一個(gè)反向電壓。此時(shí)柵極是開路的，管的反向 電阻值是很不穩(wěn)定的。將萬用表的歐姆檔選在 RX 10k Q的高阻檔，此時(shí)表內(nèi)電壓較高。 當(dāng)用手接觸柵極G時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)管的反向電阻值有明顯地變化， 其變化越大，說明管的跨 導(dǎo)值越高 ; 如果被測(cè)管的跨導(dǎo)很小，用此法測(cè)時(shí)，反向阻值變化不大。二、 . 場(chǎng)效應(yīng)管的使用注意事項(xiàng)(1) 為了安全使用場(chǎng)效應(yīng)管，在線路的設(shè)計(jì)中不能超過管的耗散功率，最大漏源電 壓、最大柵源電壓和最大電流等參數(shù)的極限值。(2) 各類型場(chǎng)效應(yīng)管在使用時(shí)，都要嚴(yán)格按要求的偏置接人電路中，要遵守場(chǎng)效應(yīng) 管偏置的極性。如結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源漏之間是 PN結(jié)，N溝道管柵極不能加正偏壓;P溝 道管柵極不能加負(fù)偏壓，等等。(3) M0S場(chǎng)效應(yīng)管由于輸