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場效應(yīng)管和mos管的工作原理_場效應(yīng)管mos管的區(qū)別

訪客 2023-05-13 11:35:11 芯片常識 325 ℃ 2 評論

mos管的工作原理

目前主板或顯卡上使用的MOS管并不太多 ,一般有10個左右。主要原因是大部分MOS管集成在IC芯片中 。因為MOS管主要為配件提供穩(wěn)定的電壓 ,所以一般用在CPU 、AGP插槽 、內(nèi)存插槽附近 。仔清其中,CPU和AGP插槽附近布置了一組MOS管,而內(nèi)存插槽共用一組MOS管。一般來說 ,MOS管兩個一組出現(xiàn)在主板上。工作原理雙極晶體管將輸入端的小電流變化放大,然后在輸出端輸出大的電流變化 。雙極晶體管的增益定義為輸出電流與輸入電流之比(β)。另一種晶體管叫FET,把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化。它們是電流控制裝置和電壓控制裝置 。FET的增益等于其跨導(dǎo))gm ,跨導(dǎo)定義為輸出電流的變化與輸入電壓的變化之比。FET的名字也來源于它的輸入柵極(稱為gate),它通過在絕緣層(氧化物SIO2)上投射電場來影響流經(jīng)晶體管的電流。實際上沒有電念褲前流流過這個絕緣體(只是電容的作用),所以FET的柵極電流很小(電容的電流損耗) 。最常見的FET在柵電極純戚下使用一薄層二氧化硅作為絕緣體。這種晶體管被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管 ,或金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。

場效應(yīng)管和mos管的工作原理_場效應(yīng)管mos管的區(qū)別,第1張

求解MOS場效應(yīng)管的構(gòu)造原理,和工作原理,越詳細(xì)越好 ,謝謝。

場效應(yīng)管工作原理(1)

場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應(yīng)管。一般的晶體管是由兩種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而FET僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反,也稱為單極型晶體管 。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件 ,具有輸入電阻高(108~109Ω)、噪聲小、功耗低 、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象 、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者 。

一、場效應(yīng)管的分類

場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)因有兩個PN結(jié)而得名,絕緣柵型場效應(yīng)管(JGFET)則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應(yīng)管中 ,應(yīng)用最為廣泛的是MOS場效應(yīng)管,簡稱MOS管(即金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET);此外還有PMOS 、NMOS和VMOS功率場效應(yīng)管,以及最近剛問世的πMOS場效應(yīng)管、VMOS功率模塊等 。

按溝道半導(dǎo)體材料的不同 ,結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和P溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分,場效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強型。結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型,絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的 ,也有增強型的 。

場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管。而MOS場效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強型;P溝耗盡型和增強型四大類。見下圖 。

二、場效應(yīng)三極管的型號命名方法

現(xiàn)行有兩種命名方法。第一種命名方法與雙極型三極管相同,第三搜困位字母J代表結(jié)型場效應(yīng)管,O代表絕緣柵場效應(yīng)管。第二位字母代表 材料 ,D是P型硅,反型層是N溝道;C是N型硅P溝道 。例如,3DJ6D是結(jié)型N溝道場效應(yīng)三極管,3DO6C 是絕緣柵型N溝道場效應(yīng)三極管。

第二種命名方法是AH ××# ,AH 代表場效應(yīng)管 ,××以數(shù)字代表型號的序號,#用字母代表同一型號中的不同規(guī)格。例如AH 14A 、AH 45G等 。

三、場效應(yīng)管的參數(shù)

場效應(yīng)管的參數(shù)很多,包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù) ,但一般賀畢使用時 以下主要參數(shù):

1 、I DSS — 飽和漏源電流 。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中,柵極電壓U AH =0時的漏源電流。

2 、UP — 夾斷電壓。是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管中,使漏源間剛截止時的柵極電壓 。

3、UT — 開啟電壓。是指增強型絕緣柵場效管中 ,使漏源間剛導(dǎo)通時的柵極電壓。

4、gM — 跨導(dǎo) 。是表示柵源電壓U AH — 對漏極電流I D的控制能力,即漏極電流I D變化量與柵源電壓UAH 變化量的比值。gM 是衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)。

5 、BUDS — 漏源擊穿電壓 。是指柵源電壓UAH 一定時,場效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓。這是一項極限參數(shù) ,加在場效應(yīng)管上的工作電壓必須小于BUDS。

6、PDSM — 最大耗散功率 。也是一項極限參數(shù),是指場效應(yīng)管性能不變壞時所允許的最大漏源耗散功率。使用時,場效應(yīng)管實際功耗應(yīng)小于PDSM并留有一定余量。

7、IDSM — 最大漏源電流 。是一項極限參數(shù) ,是指場效應(yīng)管正常工作時,漏源間所允許通過的最大電流 。場效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超過IDSM

幾種常用的場效應(yīng)三極管的主要參數(shù)

四 、場效應(yīng)管的作用

1、場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小 ,不必使用電解電容器。

2、場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換 。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。

3 、場效禪漏芹應(yīng)管可以用作可變電阻。

4、場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源 。

5、場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。

五 、場效應(yīng)管的測試

1、結(jié)型場效應(yīng)管的管腳識別:

場效應(yīng)管的柵極相當(dāng)于晶體管的基極 ,源極和漏極分別對應(yīng)于晶體管的發(fā)射極和集電極。將萬用表置于R×1k檔,用兩表筆分別測量每兩個管腳間的正、反向電阻 。當(dāng)某兩個管腳間的正 、反向電阻相等,均為數(shù)KΩ時 ,則這兩個管腳為漏極D和源極S(可互換),余下的一個管腳即為柵極G。對于有4個管腳的結(jié)型場效應(yīng)管,另外一極是屏蔽極(使用中接地)。

2 、判定柵極

用萬用表黑表筆碰觸管子的一個電極 ,紅表筆分別碰觸另外兩個電極 。若兩次測出的阻值都很小,說明均是正向電阻,該管屬于N溝道場效應(yīng)管 ,黑表筆接的也是柵極。

制造工藝決定了場效應(yīng)管的源極和漏極是對稱的,可以互換使用,并不影響電路的正常工作 ,所以不必加以區(qū)分。源極與漏極間的電阻約為幾千歐 。

注意不能用此法判定絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極 。因為這種管子的輸入電阻極高,柵源間的極間電容又很小,測量時只要有少量的電荷 ,就可在極間電容上形成很高的電壓 ,容易將管子損壞。

3、估測場效應(yīng)管的放大能力

將萬用表撥到R×100檔,紅表筆接源極S,黑表筆接漏極D ,相當(dāng)于給場效應(yīng)管加上1.5V的電源電壓。這時表針指示出的是D-S極間電阻值 。然后用手指捏柵極G,將人體的感應(yīng)電壓作為輸入信號加到柵極上。由于管子的放大作用,UDS和ID都將發(fā)生變化 ,也相當(dāng)于D-S極間電阻發(fā)生變化,可觀察到表針有較大幅度的擺動。如果手捏柵極時表針擺動很小,說明管子的放大能力較弱;若表針不動 ,說明管子已經(jīng)損壞 。

由于人體感應(yīng)的50Hz交流電壓較高,而不同的場效應(yīng)管用電阻檔測量時的工作點可能不同,因此用手捏柵極時表針可能向右擺動 ,也可能向左擺動。少數(shù)的管子RDS減小,使表針向右擺動,多數(shù)管子的RDS增大 ,表針向左擺動。無論表針的擺動方向如何 ,只要能有明顯地擺動,就說明管子具有放大能力 。

本方法也適用于測MOS管。為了保護MOS場效應(yīng)管,必須用手握住螺釘旋具絕緣柄 ,用金屬桿去碰柵極,以防止人體感應(yīng)電荷直接加到柵極上,將管子損壞。

MOS管每次測量完畢 ,G-S結(jié)電容上會充有少量電荷,建立起電壓UAH ,再接著測時表針可能不動 ,此時將G-S極間短路一下即可 。

目前常用的結(jié)型場效應(yīng)管和MOS型絕緣柵場效應(yīng)管的管腳順序如下圖所示。

六、常用場效用管

1 、MOS場效應(yīng)管

即金屬-氧化物-半導(dǎo)體型場效應(yīng)管,英文縮寫為MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),屬于絕緣柵型。其主要特點是在金屬柵極與溝道之間有一層二氧化硅絕緣層 ,因此具有很高的輸入電阻(最高可達(dá)1015Ω) 。它也分N溝道管和P溝道管,符號如圖1所示 。通常是將襯底(基板)與源極S接在一起。根據(jù)導(dǎo)電方式的不同,MOSFET又分增強型、耗盡型。所謂增強型是指:當(dāng)VAH =0時管子是呈截止?fàn)顟B(tài) ,加上正確的VAH 后 ,多數(shù)載流子被吸引到柵極,從而“增強”了該區(qū)域的載流子,形成導(dǎo)電溝道 。耗盡型則是指 ,當(dāng)VAH =0時即形成溝道,加上正確的VAH 時,能使多數(shù)載流子流出溝道 ,因而“耗盡 ”了載流子,使管子轉(zhuǎn)向截止。

以N溝道為例,它是在P型硅襯底上制成兩個高摻雜濃度的源擴散區(qū)N+和漏擴散區(qū)N+ ,再分別引出源極S和漏極D。源極與襯底在內(nèi)部連通,二者總保持等電位 。圖1(a)符號中的前頭方向是從外向電,表示從P型材料(襯底)指身N型溝道。當(dāng)漏接電源正極 ,源極接電源負(fù)極并使VAH =0時,溝道電流(即漏極電流)ID=0。隨著VAH 逐漸升高,受柵極正電壓的吸引 ,在兩個擴散區(qū)之間就感應(yīng)出帶負(fù)電的少數(shù)載流子 ,形成從漏極到源極的N型溝道,當(dāng)VAH 大于管子的開啟電壓VTN(一般約為+2V)時,N溝道管開始導(dǎo)通 ,形成漏極電流ID 。

國產(chǎn)N溝道MOSFET的典型產(chǎn)品有3DO1、3DO2 、3DO4(以上均為單柵管),4DO1(雙柵管)。它們的管腳排列(底視圖)見圖2。

MOS場效應(yīng)管比較“嬌氣 ” 。這是由于它的輸入電阻很高,而柵-源極間電容又非常小 ,極易受外界電磁場或靜電的感應(yīng)而帶電,而少量電荷就可在極間電容上形成相當(dāng)高的電壓(U=Q/C),將管子損壞。因此了廠時各管腳都絞合在一起 ,或裝在金屬箔內(nèi),使G極與S極呈等電位,防止積累靜電荷。管子不用時 ,全部引線也應(yīng)短接 。在測量時應(yīng)格外小心,并采取相應(yīng)的防靜電感措施 。

MOS場效應(yīng)管的檢測方法

(1).準(zhǔn)備工作

測量之前,先把人體對地短路后 ,才能摸觸MOSFET的管腳。最好在手腕上接一條導(dǎo)線與大地連通 ,使人體與大地保持等電位。再把管腳分開,然后拆掉導(dǎo)線 。

(2).判定電極

將萬用表撥于R×100檔,首先確定柵極。若某腳與其它腳的電阻都是無窮大 ,證明此腳就是柵極G。交換表筆重測量,S-D之間的電阻值應(yīng)為幾百歐至幾千歐,其中阻值較小的那一次 ,黑表筆接的為D極,紅表筆接的是S極 。日本生產(chǎn)的3SK系列產(chǎn)品,S極與管殼接通 ,據(jù)此很容易確定S極。

(3).檢查放大能力(跨導(dǎo))

將G極懸空,黑表筆接D極,紅表筆接S極 ,然后用手指觸摸G極,表針應(yīng)有較大的偏轉(zhuǎn)。雙柵MOS場效應(yīng)管有兩個柵極G1、G2 。為區(qū)分之,可用手分別觸摸G1、G2極 ,其中表針向左側(cè)偏轉(zhuǎn)幅度較大的為G2極。

目前有的MOSFET管在G-S極間增加了保護二極管 ,平時就不需要把各管腳短路了。

MOS場效應(yīng)晶體管使用注意事項 。

MOS場效應(yīng)晶體管在使用時應(yīng)注意分類,不能隨意互換。MOS場效應(yīng)晶體管由于輸入阻抗高(包括MOS集成電路)極易被靜電擊穿,使用時應(yīng)注意以下規(guī)則:

(1). MOS器件出廠時通常裝在黑色的導(dǎo)電泡沫塑料袋中 ,切勿自行隨便拿個塑料袋裝。也可用細(xì)銅線把各個引腳連接在一起,或用錫紙包裝

(2).取出的MOS器件不能在塑料板上滑動,應(yīng)用金屬盤來盛放待用器件 。

(3). 焊接用的電烙鐵必須良好接地 。

(4). 在焊接前應(yīng)把電路板的電源線與地線短接 ,再MOS器件焊接完成后在分開。

(5). MOS器件各引腳的焊接順序是漏極 、源極、柵極。拆機時順序相反 。

(6).電路板在裝機之前,要用接地的線夾子去碰一下機器的各接線端子,再把電路板接上去。

(7). MOS場效應(yīng)晶體管的柵極在允許條件下 ,最好接入保護二極管。在檢修電路時應(yīng)注意查證原有的保護二極管是否損壞 。

2、VMOS場效應(yīng)管

VMOS場效應(yīng)管(VMOSFET)簡稱VMOS管或功率場效應(yīng)管,其全稱為V型槽MOS場效應(yīng)管。它是繼MOSFET之后新發(fā)展起來的高效 、功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場效應(yīng)管輸入阻抗高(≥108W)、驅(qū)動電流?。ㄗ笥?.1μA左右),還具有耐壓高(最高可耐壓1200V)、工作電流大(1.5a~100A) 、輸出功率高(1~250W) 、跨導(dǎo)的線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性 。正是由于它將電子管與功率晶體管之優(yōu)點集于一身 ,因此在電壓放大器(電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍)、功率放大器 、開關(guān)電源逆變器中正獲得廣泛應(yīng)用。

眾所周知,傳統(tǒng)的MOS場效應(yīng)管的柵極、源極和漏極大大致處于同一水平面的芯片上,其工作電流基本上是沿水平方向流動。VMOS管則不同 ,從左下圖上可以看出其兩大結(jié)構(gòu)特點:第一 ,金屬柵極采用V型槽結(jié)構(gòu);第二,具有垂直導(dǎo)電性 。由于漏極是從芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流動 ,而是自重?fù)诫sN+區(qū)(源極S)出發(fā),經(jīng)過P溝道流入輕摻雜N-漂移區(qū),最后垂直向下到達(dá)漏極D。電流方向如圖中箭頭所示 ,因為流通截面積增大,所以能通過大電流。由于在柵極與芯片之間有二氧化硅絕緣層,因此它仍屬于絕緣柵型MOS場效應(yīng)管 。

國內(nèi)生產(chǎn)VMOS場效應(yīng)管的主要廠家有877廠、天津半導(dǎo)體器件四廠 、杭州電子管廠等 ,典型產(chǎn)品有VN401、VN672、VMAH 2等 。表1列出六種VMOS管的主要參數(shù)。其中,IRFPC50的外型如右上圖所示。

VMOS場效應(yīng)管的檢測方法

(1).判定柵極G

將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個管腳之間的電阻 。若發(fā)現(xiàn)某腳與其字兩腳的電阻均呈無窮大,并且交換表筆后仍為無窮大 ,則證明此腳為G極,因為它和另外兩個管腳是絕緣的。

(2).判定源極S 、漏極D

由圖1可見,在源-漏之間有一個PN結(jié) ,因此根據(jù)PN結(jié)正、反向電阻存在差異 ,可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極 ,紅表筆接D極 。

(3).測量漏-源通態(tài)電阻RDS(on)

將G-S極短路,選擇萬用表的R×1檔,黑表筆接S極 ,紅表筆接D極,阻值應(yīng)為幾歐至十幾歐。

由于測試條件不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實測一只IRFPC50型VMOS管 ,RDS(on)=3.2W,大于0.58W(典型值) 。

(4).檢查跨導(dǎo)

將萬用表置于R×1k(或R×100)檔,紅表筆接S極 ,黑表筆接D極,手持螺絲刀去碰觸柵極,表針應(yīng)有明顯偏轉(zhuǎn) ,偏轉(zhuǎn)愈大 ,管子的跨導(dǎo)愈高。

注意事項:

(1)VMOS管亦分N溝道管與P溝道管,但絕大多數(shù)產(chǎn)品屬于N溝道管。對于P溝道管,測量時應(yīng)交換表筆的位置 。

(2)有少數(shù)VMOS管在G-S之間并有保護二極管 ,本檢測方法中的1、2項不再適用。

(3)目前市場上還有一種VMOS管功率模塊,專供交流電機調(diào)速器 、逆變器使用。例如美國IR公司生產(chǎn)的IRFT001型模塊,內(nèi)部有N溝道、P溝道管各三只 ,構(gòu)成三相橋式結(jié)構(gòu) 。

(4)現(xiàn)在市售VNF系列(N溝道)產(chǎn)品,是美國Supertex公司生產(chǎn)的超高頻功率場效應(yīng)管,其最高工作頻率fp=120MHz ,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信號低頻跨導(dǎo)gm=2000μS 。適用于高速開關(guān)電路和廣播、通信設(shè)備中。

(5)使用VMOS管時必須加合適的散熱器后。以VNF306為例 ,該管子加裝140×140×4(mm)的散熱器后,最大功率才能達(dá)到30W

七 、場效應(yīng)管與晶體管的比較

(1)場效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件 。在只允許從信號源取較少電流的情況下 ,應(yīng)選用場效應(yīng)管;而在信號電壓較低 ,又允許從信號源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管。

(2)場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件 ,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。被稱之為雙極型器件 。

(3)有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù) ,靈活性比晶體管好。

(4)場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。

場效應(yīng)管工作原理是什么?

場效應(yīng)管是由于它僅靠半導(dǎo)體中場效應(yīng)管和mos管的工作原理的多數(shù)載流子導(dǎo)電場效應(yīng)管和mos管的工作原理 ,是一種常見的利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種電壓控制性半導(dǎo)體器件 。

場效應(yīng)管不但具有雙極性晶體管體積小 、備告重量輕、壽命長等優(yōu)點場效應(yīng)管和mos管的工作原理,而且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá)107~1012Ω場效應(yīng)管和mos管的工作原理,噪聲低 ,熱穩(wěn)定性好,抗輻射能力強,且比后者耗電仿空明省 ,這些優(yōu)點使之從20世紀(jì)60年代誕生起就廣泛地應(yīng)用于各種電子電路之中。

分類:

場效應(yīng)管可以分為結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵型場效應(yīng)管 ,結(jié)型場效應(yīng)管因有兩個PN結(jié)而得名,絕緣柵型場效應(yīng)管則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。因為絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極為金屬鋁,故又稱為MOS管 。

場效應(yīng)管按導(dǎo)電方式的不同來劃分 ,可分成耗盡型與增強型。當(dāng)柵壓為零時有較大漏極電流的稱為耗盡型;當(dāng)柵壓為零,漏虧圓極電流也為零,必須再加一定的柵壓之后才有漏極電流的稱為增強型。

MOS管有哪些作用,工作原理是什么?

由于MOS管主要是為配件提供穩(wěn)定的電壓,所以它一般使用在CPU、AGP插槽和內(nèi)存插槽附近 。其中在CPU與AGP插槽附近各安排一組MOS管 ,而內(nèi)存插槽則共用薯睜了一組MOS管,MOS管一般是以兩個組成一組的形式出現(xiàn)主板上的 。 工作原理 雙極型晶體管把輸入端電流的微小變化放大后,在輸出端輸出一個大的電流變化。雙極型晶體管的增益就定義為輸出輸入電流之比(beta)。另一種晶體管 ,叫 做場效應(yīng)管(FET)數(shù)孝歲,把輸入電壓的變化轉(zhuǎn)化為輸出電流的變化 。分別為電流控制器件和電壓控制器件。FET的增益等于它的跨導(dǎo) (transconductance)gm, 定義為輸出電流的變化和輸入電壓變化之比。 場效應(yīng)管的名字也慎猜來源于它的輸入端柵(稱為gate) ,通過投影一個電場在一個絕緣層(氧 化物SIO2)上來影響流過晶體管的電流 。事實上沒有電流流過這個絕緣體(只是一個電容的作用) ,所以FET管的GATE電流非常小(電容的電流損耗)。 最普通的FET用一薄層二氧化硅來作為GATE極下的絕緣體。這種晶體管稱為金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管,或,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 (MOSFET)(metal oxide semicondutor field effect transistor) 。

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