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電路符號

場效應(yīng)晶體管的電路符號如圖所示。其中結(jié)型場效應(yīng)管的圖形符號中，豎直線表示能導(dǎo)電的溝道，豎直線頂部的一條直角線表示漏極d,豎直線底部的一條直角線表示源極s,豎直線左面帶箭頭的直線表示柵極g。同普通晶體三極管一樣，箭頭指向表示從p型指向n型材料，從箭頭指向就可以知道是哪種溝道的結(jié)型場效應(yīng)管。很顯然，圖形符號中箭頭指向“溝道”,表示是n型溝道結(jié)型場效應(yīng)管；箭頭背離“溝道”,表示是p型溝道結(jié)型場效應(yīng)管。由于結(jié)型管的源極s和漏極d在制造工藝上是對稱的，所以圖形符號畫法也很對稱，表示在實際應(yīng)用中這兩個電極可以對換使用。在絕緣柵型場效應(yīng)管的圖形符號中，柵極g都不帶箭頭，不與“溝道”豎直線接觸，表示管中柵極g與漏極d、源極s是絕緣的，以區(qū)別于結(jié)型場效應(yīng)管。將表示溝道結(jié)型的“箭頭”改畫在“溝道”中間表示“襯底”的水平線上，即箭頭指向“溝道”,表示是n型溝道絕緣柵型場效應(yīng)管；箭頭背離“溝道”,表示是p型溝道絕緣柵型場效應(yīng)管。另外，箭頭線畫得短，表示襯底無引出線；箭頭線畫得稍長，表示襯底有引出線；箭頭線與源極s相連，表示襯底在管子內(nèi)部已經(jīng)與源極連接。對于增強(qiáng)型的管子，還將“溝道”線畫成3截，表示在零柵壓下這種管子是沒有導(dǎo)電溝道的，以區(qū)別于耗盡型mos管和結(jié)型場效應(yīng)管�？梢�，掌握了場效應(yīng)晶體管的這些圖形符號，就等于掌握了場效應(yīng)晶體管的種類，這對分析電路和正確運用場效應(yīng)晶體管都很重要。

圖場效應(yīng)晶體管的符號

跟普通晶體三極管一樣，以前場效應(yīng)晶體管的舊圖形符號均用圓圈表示外殼，現(xiàn)已廢棄不再畫出圓圈。不過我們翻閱以前的電路圖或圖書時，會看到帶有圓圈的場效應(yīng)晶體管圖形符號。

場效應(yīng)晶體管的文字符號與普通晶體三極管的文字符號相同，常用vt(舊符號為bg)或v表示，在電路圖中常寫在圖形符號旁邊。若電路圖中有多只同類元器件時，按常規(guī)就在文字后面或右下角標(biāo)上數(shù)字，以示區(qū)別，如vt1、vt2……文字符號的下邊，一般標(biāo)出場效應(yīng)晶體管的型號。

引腳識別

圖給出了國產(chǎn)小功率場效應(yīng)晶體管各引腳的排列位序。對于圖(a)所示的金屬管帽封裝的三引腳圓柱狀場效應(yīng)管，其管帽下有一個小凸口，把引腳對著自己，從凸口開始沿順時針方向數(shù)，如果是結(jié)型場效應(yīng)管，依次為源極s、漏極d和柵極g;如果是絕緣柵型場效應(yīng)管，則依次為d、g和s腳。對于塑料封裝的半圓柱狀結(jié)型場效應(yīng)管，其3個引線腳呈“一字形”排列，面對標(biāo)有型號的一面，從左到右依次為s、d、g腳。對于圖(b)所示的金屬管帽封裝的四引腳絕緣柵型場效應(yīng)管，其增加的第4引腳有兩種可能：如果是普通增強(qiáng)型mos場效應(yīng)管，則該腳為“襯底”引腳；如果是雙柵mos管，則該腳為第二柵極引腳。

圖常用場效應(yīng)晶體管的引腳識別

對于有4個引腳的結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其增加的第4腳一般是屏蔽極(使用中接地)。對于大功率場效應(yīng)晶體管，將管子有字面朝自己，引腳朝下，從左至右其引腳排列順序基本上都是“g、d、s”,并且散熱片接通d極。當(dāng)遇到型號、封裝和引腳排列不熟悉的場效應(yīng)晶體管時，就要查閱有關(guān)資料或用萬用表檢測辨認(rèn)后再接入電路。

型號命名

國產(chǎn)小功率場效應(yīng)晶體管的型號一般由4個部分組成，如圖所示。第1部分是數(shù)字“3”或“4”,分別表示有3個電極或4個電極(雙柵極場效應(yīng)管);第2部分是字母“d”或“c”,分別表示n型溝道或p型溝道；第3部分是字母“j”或“o”,分別表示是結(jié)型管還是絕緣柵型管；第4部分是阿拉伯?dāng)?shù)字(多后綴參數(shù)分擋字母a～j),表示器件序號和某些特性參數(shù)的分類等。例如：3dj6f表示n溝道結(jié)型場效應(yīng)管，3c01表示p溝道絕緣柵(增強(qiáng)型)場效應(yīng)管，4d01a表示n溝道絕緣柵(耗盡型)雙柵場效應(yīng)管。還有些絕緣柵場效應(yīng)晶體管，生產(chǎn)廠家在型號后面加有字母“b”(如3d01d-b),表示管內(nèi)對柵極加了保護(hù)措施。功率型場效應(yīng)晶體管的型號命名多借用國外型號命名法，還有些是生產(chǎn)廠家自己命名的。部分國產(chǎn)小功率場效應(yīng)晶體管的型號和主要參數(shù)見表。

圖場效應(yīng)晶體管的型號標(biāo)注實例

國外生產(chǎn)的常見場效應(yīng)晶體管型號有2sk11、3n128、bfw11、mfe3004、irfd120、bs170……其型號命名規(guī)則與同類晶體三極管一致，這里不再詳細(xì)介紹。

表 部分國產(chǎn)場效應(yīng)晶體管的型號和主要參數(shù)

主要參數(shù)

場效應(yīng)晶體管的參數(shù)很多，包括直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)，但一般使用時只需要關(guān)注以下幾項主要參數(shù)。

①夾斷電壓(up)。這是指在規(guī)定的漏極電壓us下，使漏極電流/。(即溝道電流)為零或者小于某一小電流值(例如1μa、10μa)時，加在柵極上的電壓ucs,它是結(jié)型或耗盡型絕緣柵場效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。

②開啟電壓(ur)。這是指當(dāng)漏極電壓us為某一規(guī)定值時，使導(dǎo)電溝道(即漏、源極之間)剛開始導(dǎo)通時的柵極電壓ucs,它是增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。當(dāng)柵極電壓uos小于開啟電壓up的絕對值時，場效應(yīng)晶體管不能導(dǎo)通。

③飽和漏電流(1oss)。這是指當(dāng)柵、源極短路(uss=0)時，一定的漏極電壓us(大于夾斷電壓)所引起的漏極電流/%。飽和漏電流反映了零柵壓時原始溝道的導(dǎo)電能力，是耗盡型場效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。

④低頻跨導(dǎo)(gm)。在漏極電壓uos為規(guī)定值時，漏極電流變化量△1。與引起這個變化的柵壓變化量△ucs的比值，叫跨導(dǎo)(或互導(dǎo)),即gm=△/△uos。gm的常用單位是ms(毫西門子)。gm是衡量場效應(yīng)晶體管柵極電壓對漏極電流控制能力強(qiáng)弱的一個參數(shù)，也是衡量放大作用的重要參數(shù)，與晶體三極管的交流電流放大系數(shù)β相似。gm與管子的工作區(qū)域有關(guān)，漏極電流/,越大，管子的跨導(dǎo)gm也越大。

⑤漏源擊穿電壓(buos)。這是指柵極電壓uas一定時，場效應(yīng)晶體管正常工作所能承受的最大漏極電壓，它相當(dāng)于普通晶體三極管的集電極一發(fā)射極擊穿電壓vericoo(即buceo)。這是一項極限參數(shù)，使用時加在場效應(yīng)晶體管上的工作電壓必須小于buos。

⑥最大漏源電流(/osm)。這是指場效應(yīng)晶體管正常工作時，漏、源極之間所允許通過的最大電流，它相當(dāng)于普通晶體三極管的/cm。場效應(yīng)晶體管的工作電流不應(yīng)超過這一極限參數(shù)。

⑦最大耗散功率(ppsm)。這是指場效應(yīng)晶體管性能不變壞時，所允許的最大漏極耗散功率，它相當(dāng)于普通三極管的pcx。使用時，場效應(yīng)晶體管的實際功耗(pp=uos×1o)應(yīng)小于這一極限參數(shù)，并留有一定余量。

結(jié)構(gòu)及特性

結(jié)型場效應(yīng)晶體管或絕緣柵場效應(yīng)晶體管中，不同溝道的管子，其工作方式是一樣的，它們內(nèi)部的區(qū)別在于制造時所選用的硅材料類型正好相反，而外部的區(qū)別在于管子的工作電壓極性正好相反，這如同雙極型三極管有pnp型和npn型一樣。下面以n溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管和n溝道絕緣柵場效應(yīng)晶體管為例，簡單介紹它們的結(jié)構(gòu)和基本特性。

n溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管(jfet)的結(jié)構(gòu)如圖虛線框內(nèi)所示，它是在n型硅材料的兩端引出漏極d和源極s兩個電極，又在硅材料的兩側(cè)各附一小片p型材料，在內(nèi)部用導(dǎo)線把兩個p區(qū)連接在一起，并引出一個電極稱為柵極g。這樣，在n型硅材料和柵極g的交界處就形成了兩個pn結(jié)，因其中的載流子已經(jīng)耗盡，故這兩個pn結(jié)基本上是不導(dǎo)電的，形成了所謂的耗盡層；而夾在耗盡層中間的n型硅材料，由于呈現(xiàn)一定的電阻，且能夠?qū)щ�，被形象地稱為“溝道”。如果按圖所示在漏極d、源極s之間加上正向電壓uos,就會有漏極電流/o從漏極d通過溝道流向源極s,且隨著電壓uos的增加而增大。當(dāng)給柵極g加上負(fù)柵壓uss時，就相當(dāng)于給pn結(jié)加上了反向電壓，從而使得兩個耗盡層變厚，溝道變窄，溝道電阻加大，漏極電流/,減小。當(dāng)負(fù)柵壓繼續(xù)增加時，耗盡層就會越來越厚，甚至使兩邊耗盡層在溝道中間相合，導(dǎo)電溝道消失，漏極電流/=0,這種現(xiàn)象稱為夾斷，這時所加的柵極電壓就叫夾斷電壓up�？梢�，結(jié)型場效應(yīng)晶體管是利用導(dǎo)電溝道之間耗盡層的大小來控制漏極電流的，與普通晶體管的最大不同之處在于：它在工作時，柵、源極之間存在的pn結(jié)被反向偏置，因而輸入電阻極大，一般在107ω以上，這使得場效應(yīng)晶體管成為電壓控制器件，即漏極電流/.受控于柵極電壓ucs;而普通晶體三極管卻是由一個反偏的集電結(jié)和一個正偏的發(fā)射結(jié)結(jié)合而成的，是電流控制器件，即在一定條件下，集電極電流/。受控于基極電流/o。

圖n溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管工作示意圖

n溝道絕緣柵場效應(yīng)管(jgfet)的結(jié)構(gòu)如圖所示。用一塊雜質(zhì)濃度比較低的p型薄硅片作為襯底，在它上面擴(kuò)散兩個高摻雜的n型區(qū)(n+區(qū)),分別作為源極s和漏極d。在硅片表面覆蓋一層絕緣物，然后再用金屬鋁引出一個電極作為柵極g。由于柵極g與其他電極之間隔著二氧化硅絕緣層，所以絕緣柵場效應(yīng)管因此得名。在制造管子時，通過工藝使絕緣層中出現(xiàn)大量正離子，故在交界面的另一側(cè)(p型硅)能感應(yīng)出較多的負(fù)電荷，這些負(fù)電荷把兩個n+區(qū)接通，就形成了導(dǎo)電溝道(增強(qiáng)型管在柵極g加上一定電壓后才會形成),即使在柵極電壓uos=0時，也會有較大的漏極電流/o。當(dāng)柵極電壓uss改變時，溝道內(nèi)被感應(yīng)的電荷量也改變，導(dǎo)電溝道的寬窄隨之而變，因而使漏極電流/。隨著柵極電壓的變化而變化。由此可見，絕緣柵場效應(yīng)管是利用絕緣柵在外加電壓下所產(chǎn)生的感應(yīng)電荷來控制導(dǎo)電溝道的寬窄，從而實現(xiàn)對漏極電流/,的控制，這和結(jié)型場效應(yīng)管是不同的，它的輸入電阻更是高達(dá)109ω以上。

圖 n溝道絕緣柵場效應(yīng)晶體管工作示意圖

絕緣柵場效應(yīng)管有增強(qiáng)型和耗盡型之分。當(dāng)柵極g和源極s之間的電壓ucs=0時，漏、源極之間就存在導(dǎo)電溝道，并能形成較大漏極電流的，稱為耗盡型場效應(yīng)管；如果必須在|ussl>0的情況下才存在導(dǎo)電溝道，才會形成漏極電流的，則稱為增強(qiáng)型場效應(yīng)管。對于耗盡型場效應(yīng)管來說，只要漏極d與源極s上加上電壓，即使柵極電壓ucs為零，在溝道中也會有漏極電流/。產(chǎn)生。如果在柵極上加正電壓，導(dǎo)電溝道就會變寬，漏極電流o會增大；反之，如果在柵極上加負(fù)電壓，導(dǎo)電溝道就會變窄，漏極電流便會減小。這跟n溝道結(jié)型場效應(yīng)管基本相同，不同之處在于結(jié)型管僅能夠加負(fù)柵壓(p溝道結(jié)型管僅能夠加正柵壓)。對于增強(qiáng)型的管子，當(dāng)柵極電壓ucs為零時，即使在漏極d和源極s之間還加著正向電壓uos,溝道中也不會有電流通過。如果給柵極g加上正電壓，情況就會發(fā)生變化，溝道中就會有電流流過。一般使管子導(dǎo)通并開始產(chǎn)生漏極電流/,時的柵、源極間電壓uas,就叫開啟電壓ut。

外形和種類

常見場效應(yīng)晶體管的實物外形如圖所示。由圖可見，場效應(yīng)晶體管的外形與普通三極管別無兩樣，其封裝形式主要有金屬殼封裝和塑料封裝兩大類，引腳一般有3根，特殊的有4根(雙柵極場效應(yīng)管)和6根(一個管殼內(nèi)封裝兩只場效應(yīng)管)。

圖場效應(yīng)晶體管的實物外形圖

根據(jù)結(jié)構(gòu)和制造工藝，場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)型場效應(yīng)管(jfet)和絕緣柵場效應(yīng)管(jgfet)兩大類。如果按導(dǎo)電溝道(即電流通路)材料的不同劃分，結(jié)型和絕緣柵型場效應(yīng)管各有n溝道和p溝道兩種。按工作方式劃分，結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型(柵偏壓為零時已存在溝道),而絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型，也有增強(qiáng)型(柵偏壓達(dá)到一定值時才會出現(xiàn)溝道)。場效應(yīng)晶體管的一般分類如下。

目前，在絕緣柵場效應(yīng)晶體管中，應(yīng)用最為廣泛的是“mos場效應(yīng)晶體管”(即：金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管),它是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體所組成的，簡稱“mos管”。常用的場效應(yīng)晶體管中還有雙柵極場效應(yīng)晶體管、絕緣柵雙極型場效應(yīng)晶體管(igbt),以及用途廣泛的各種類型的功率場效應(yīng)晶體管等。

性能優(yōu)良的場效應(yīng)晶體管

場效應(yīng)晶體管(英文縮寫fet)簡稱場效應(yīng)管，顧名思義，它是利用電場的效應(yīng)來控制電流的。場效應(yīng)晶體管是在普通晶體三極管制造工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的新一代放大器件，它有3個電極——柵極、漏極和源極，其特點是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可達(dá)到上千兆歐，通過柵極電壓可控制漏極電流，屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。由于晶體三極管內(nèi)部參加導(dǎo)電的載流子為空穴和電子兩種，所以晶體三極管又稱為雙極型晶體管。而場效應(yīng)晶體管內(nèi)部參加導(dǎo)電的載流子只有空穴或只有電子一種，因此場效應(yīng)晶體管又稱為單極型晶體管。

場效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高(10～1000mω)、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)挕�熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，其一些特性與電子管相似，現(xiàn)已成為雙極型晶體管(尤其是功率晶體管)的強(qiáng)大競爭者。