场效应管基础知识
一、场效应管的分类
按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P 沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。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。
二、场效应三极管的型号命名方法
第二种命名方法是CS××#,CS 代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A 、CS45G 等。
三、场效应管的参数
1、I DSS — 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U GS=0时的漏源电流。
2、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。
3、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。
4、gM — 跨导。是表示栅源电压U GS — 对漏极电流I D 的控制能力,即漏极电流I D 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。
5、BUDS — 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BUDS 。
6、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。
7、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
几种常用的场效应三极管的主要参数
四、场效应管的作用
2、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。
3、场效应管可以用作可变电阻。
4、场效应管可以方便地用作恒流源。
5、场效应管可以用作电子开关。
五、场效应管的测试
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
用万用表黑表笔碰触管子的一个电极,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,黑表笔接的也是栅极。
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。源极与漏极间的电阻约为几千欧。
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,红表笔接源极S ,黑表笔接漏极D ,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。
本方法也适用于测MOS 管。为了保护MOS 场效应管,必须用手握住螺钉旋具绝缘柄,用金属杆去碰栅极,以防止人体感应电荷直接加到栅极上,将管子损坏。
MOS 管每次测量完毕,G-S 结电容上会充有少量电荷,建立起电压UGS ,再接着测时表针可能不动,此时将G-S 极间短路一下即可。
目前常用的结型场效应管和MOS 型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。
以N 沟道为例,它是在P 型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S 和漏极D 。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电位。图1(a )符号中的前头方向是从外向电,表示从P 型材料(衬底)指身N 型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电流)ID=0。随着VGS 逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N 型沟道,当VGS 大于管子的开启电压VTN (一般约为+2V)时,N 沟道管开始导通,形成漏极电流ID 。
国产N 沟道MOSFET 的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4(以上均为单栅管),4DO1(双栅管)。它们的管脚排列(底视图)见图2。
MOS 场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G 极与S 极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。下面介绍检测方法。
以N 沟道为例,它是在P 型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S 和漏极D 。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电位。图1(a )符号中的前头方向是从外向电,表示从P 型材料(衬底)指身N 型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电流)ID=0。随着VGS 逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N 型沟道,当VGS 大于管子的开启电压VTN (一般约为+2V)时,N 沟道管开始导通,形成漏极电流ID 。
国产N 沟道MOSFET 的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4(以上均为单栅管),4DO1(双栅管)。它们的管脚排列(底视图)见图2。
MOS 场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G 极与S 极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。下面介绍检测方法。
MOS 场效应管
即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。它也分N 沟道管和P 沟道管,符号如图1所示。通常是将衬底(基板)与源极S 接在一起。根据导电方式的不同,MOSFET 又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS 后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS 时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。
1. 准备工作
测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触MOSFET 的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。
2.判定电极
将万用表拨于R×100档,首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极G 。交换表笔重测量,S-D 之间的电阻值应为几百欧至几千欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为D 极,红表笔接的是S 极。日本生产的3SK 系列产品,S 极与管壳接通,据此很容易确定S 极。
3.检查放大能力(跨导)
将G 极悬空,黑表笔接D 极,红表笔接S 极,然后用手指触摸G 极,表针应有较大的偏转。双栅MOS 场效应管有两个栅极G1、G2。为区分之,可用手分别触摸G1、G2极,其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。
目前有的MOSFET 管在G-S 极间增加了保护二极管,平时就不需要把各管脚短路了。
在
2. VMOS 场效应管
VMOS 场效应管(VMOSFET )简称VMOS 管或功率场效应管,其全称为V 型槽MOS 场效应管。它是继MOSFET 之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS 场效应管输入阻抗高(≥108W)、驱动电流小(左右0.1μA左右),还具有耐压高(最高可耐压1200V )、工作电流大(1.5A ~100A )、输出功率高(1~250W )、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身,因此在电压放大器(电压放大倍数可达数千倍)、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。
众所周知,传统的MOS 场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS 管则不同,从图1上可以看出其两大结构特点:第一,金属栅极采用V 型槽结构;第二,具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出,所以ID 不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂N+区(源极S )出发,
经过P 沟道流入轻掺杂N-漂移区,最后垂直向下到达漏极D 。电流方向如图中箭头所示,因为流通截面积增大,所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型MOS 场效应管。
3. 国内生产VMOS 场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等,典型产品有VN401、
VN672、VMPT2等。表1列出六种VMOS 管的主要参数。其中,IRFPC50的外型如图3所示。
下面介绍检测VMOS 管的方法。
1.判定栅极G
将万用表拨至R×1k 档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G 极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。
2.判定源极S 、漏极D
由图1可见,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。
3.测量漏-源通态电阻RDS (on )
将G-S 极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S 极,红表笔接D 极,阻值应为几欧至十几欧。
由于测试条件不同,测出的RDS (on )值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS 管,RDS (on )=3.2W,大于0.58W (典型值)。
4.检查跨导
将万用表置于R×1k (或R×100)档,红表笔接S 极,黑表笔接D 极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。
4. 注意事项:
(1)VMOS 管亦分N 沟道管与P 沟道管,但绝大多数产品属于N 沟道管。对于P 沟道管,测量时应交换表笔的位置。
(2)有少数VMOS 管在G-S 之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。
(3)目前市场上还有一种VMOS 管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR 公司生产的IRFT001型模块,内部有N 沟道、P 沟道管各三只,构成三相桥式结构。
(4)现在市售VNF 系列(N 沟道)产品,是美国Supertex 公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。
(5)使用VMOS 管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm )的散热器后,
最大功率才能达到30W
场效应晶体管
5. MOS 场效应晶体管使用注意事项。
MOS 场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换。MOS 场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS 集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则:
1. MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装
2. 取出的MOS 器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件。
3. 焊接用的电烙铁必须良好接地。
4. 在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS 器件焊接完成后在分开。
5. MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。
6. 电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。
7. MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。
6. 场效应管的测试。
下面以常用的3DJ 型N 沟道结型场效应管为例解释其测试方法:
3DJ 型结型场效应管可看作一只NPN 型的晶体三极管,栅极G 对应基极b ,漏极D 对应集电极c ,源极S 对应发射极e 。所以只要像测量晶体三极管那样测PN 结的正、反向电阻既可。把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极,红表笔分别接另外两极,当出现两次低电阻时,黑表笔接的就是场效应管的栅极。红表笔接的就是漏极或源极。对结型场效应管而言,漏极和源极可以互换。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)。
目前常用的结型场效应管和MOS 型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2所示。
场效应晶体管的好坏的判断。
先用MF10型万用表R*100KΩ挡(内置有15V 电池),把负表笔(黑)接栅极(G ),正表笔(红)接源极(S )。给栅、源极之间充电,此时万用表指针有轻微偏转。再该用万用表R*1Ω挡,将负表笔接漏极(D ),正表笔接源极(S ),万用表指示值若为几欧姆,则说明场效应管是好的。
场效应管基础知识
一、场效应管的分类
按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P 沟道两种。若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型。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。
二、场效应三极管的型号命名方法
第二种命名方法是CS××#,CS 代表场效应管,××以数字代表型号的序号,#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A 、CS45G 等。
三、场效应管的参数
1、I DSS — 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U GS=0时的漏源电流。
2、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。
3、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。
4、gM — 跨导。是表示栅源电压U GS — 对漏极电流I D 的控制能力,即漏极电流I D 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。
5、BUDS — 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BUDS 。
6、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。
7、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
几种常用的场效应三极管的主要参数
四、场效应管的作用
2、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。
3、场效应管可以用作可变电阻。
4、场效应管可以方便地用作恒流源。
5、场效应管可以用作电子开关。
五、场效应管的测试
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
用万用表黑表笔碰触管子的一个电极,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,黑表笔接的也是栅极。
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。源极与漏极间的电阻约为几千欧。
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,红表笔接源极S ,黑表笔接漏极D ,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。
本方法也适用于测MOS 管。为了保护MOS 场效应管,必须用手握住螺钉旋具绝缘柄,用金属杆去碰栅极,以防止人体感应电荷直接加到栅极上,将管子损坏。
MOS 管每次测量完毕,G-S 结电容上会充有少量电荷,建立起电压UGS ,再接着测时表针可能不动,此时将G-S 极间短路一下即可。
目前常用的结型场效应管和MOS 型绝缘栅场效应管的管脚顺序如下图所示。
以N 沟道为例,它是在P 型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S 和漏极D 。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电位。图1(a )符号中的前头方向是从外向电,表示从P 型材料(衬底)指身N 型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电流)ID=0。随着VGS 逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N 型沟道,当VGS 大于管子的开启电压VTN (一般约为+2V)时,N 沟道管开始导通,形成漏极电流ID 。
国产N 沟道MOSFET 的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4(以上均为单栅管),4DO1(双栅管)。它们的管脚排列(底视图)见图2。
MOS 场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G 极与S 极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。下面介绍检测方法。
以N 沟道为例,它是在P 型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S 和漏极D 。源极与衬底在内部连通,二者总保持等电位。图1(a )符号中的前头方向是从外向电,表示从P 型材料(衬底)指身N 型沟道。当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电流)ID=0。随着VGS 逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N 型沟道,当VGS 大于管子的开启电压VTN (一般约为+2V)时,N 沟道管开始导通,形成漏极电流ID 。
国产N 沟道MOSFET 的典型产品有3DO1、3DO2、3DO4(以上均为单栅管),4DO1(双栅管)。它们的管脚排列(底视图)见图2。
MOS 场效应管比较“娇气”。这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏。因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G 极与S 极呈等电位,防止积累静电荷。管子不用时,全部引线也应短接。在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施。下面介绍检测方法。
MOS 场效应管
即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor),属于绝缘栅型。其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)。它也分N 沟道管和P 沟道管,符号如图1所示。通常是将衬底(基板)与源极S 接在一起。根据导电方式的不同,MOSFET 又分增强型、耗尽型。所谓增强型是指:当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS 后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS 时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。
1. 准备工作
测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触MOSFET 的管脚。最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位。再把管脚分开,然后拆掉导线。
2.判定电极
将万用表拨于R×100档,首先确定栅极。若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极G 。交换表笔重测量,S-D 之间的电阻值应为几百欧至几千欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为D 极,红表笔接的是S 极。日本生产的3SK 系列产品,S 极与管壳接通,据此很容易确定S 极。
3.检查放大能力(跨导)
将G 极悬空,黑表笔接D 极,红表笔接S 极,然后用手指触摸G 极,表针应有较大的偏转。双栅MOS 场效应管有两个栅极G1、G2。为区分之,可用手分别触摸G1、G2极,其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极。
目前有的MOSFET 管在G-S 极间增加了保护二极管,平时就不需要把各管脚短路了。
在
2. VMOS 场效应管
VMOS 场效应管(VMOSFET )简称VMOS 管或功率场效应管,其全称为V 型槽MOS 场效应管。它是继MOSFET 之后新发展起来的高效、功率开关器件。它不仅继承了MOS 场效应管输入阻抗高(≥108W)、驱动电流小(左右0.1μA左右),还具有耐压高(最高可耐压1200V )、工作电流大(1.5A ~100A )、输出功率高(1~250W )、跨导的线性好、开关速度快等优良特性。正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身,因此在电压放大器(电压放大倍数可达数千倍)、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用。
众所周知,传统的MOS 场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动。VMOS 管则不同,从图1上可以看出其两大结构特点:第一,金属栅极采用V 型槽结构;第二,具有垂直导电性。由于漏极是从芯片的背面引出,所以ID 不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂N+区(源极S )出发,
经过P 沟道流入轻掺杂N-漂移区,最后垂直向下到达漏极D 。电流方向如图中箭头所示,因为流通截面积增大,所以能通过大电流。由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型MOS 场效应管。
3. 国内生产VMOS 场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等,典型产品有VN401、
VN672、VMPT2等。表1列出六种VMOS 管的主要参数。其中,IRFPC50的外型如图3所示。
下面介绍检测VMOS 管的方法。
1.判定栅极G
将万用表拨至R×1k 档分别测量三个管脚之间的电阻。若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G 极,因为它和另外两个管脚是绝缘的。
2.判定源极S 、漏极D
由图1可见,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。
3.测量漏-源通态电阻RDS (on )
将G-S 极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S 极,红表笔接D 极,阻值应为几欧至十几欧。
由于测试条件不同,测出的RDS (on )值比手册中给出的典型值要高一些。例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS 管,RDS (on )=3.2W,大于0.58W (典型值)。
4.检查跨导
将万用表置于R×1k (或R×100)档,红表笔接S 极,黑表笔接D 极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高。
4. 注意事项:
(1)VMOS 管亦分N 沟道管与P 沟道管,但绝大多数产品属于N 沟道管。对于P 沟道管,测量时应交换表笔的位置。
(2)有少数VMOS 管在G-S 之间并有保护二极管,本检测方法中的1、2项不再适用。
(3)目前市场上还有一种VMOS 管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用。例如美国IR 公司生产的IRFT001型模块,内部有N 沟道、P 沟道管各三只,构成三相桥式结构。
(4)现在市售VNF 系列(N 沟道)产品,是美国Supertex 公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信号低频跨导gm=2000μS。适用于高速开关电路和广播、通信设备中。
(5)使用VMOS 管时必须加合适的散热器后。以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm )的散热器后,
最大功率才能达到30W
场效应晶体管
5. MOS 场效应晶体管使用注意事项。
MOS 场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换。MOS 场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS 集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则:
1. MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装
2. 取出的MOS 器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件。
3. 焊接用的电烙铁必须良好接地。
4. 在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS 器件焊接完成后在分开。
5. MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。拆机时顺序相反。
6. 电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。
7. MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。
6. 场效应管的测试。
下面以常用的3DJ 型N 沟道结型场效应管为例解释其测试方法:
3DJ 型结型场效应管可看作一只NPN 型的晶体三极管,栅极G 对应基极b ,漏极D 对应集电极c ,源极S 对应发射极e 。所以只要像测量晶体三极管那样测PN 结的正、反向电阻既可。把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极,红表笔分别接另外两极,当出现两次低电阻时,黑表笔接的就是场效应管的栅极。红表笔接的就是漏极或源极。对结型场效应管而言,漏极和源极可以互换。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)。
目前常用的结型场效应管和MOS 型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2所示。
场效应晶体管的好坏的判断。
先用MF10型万用表R*100KΩ挡(内置有15V 电池),把负表笔(黑)接栅极(G ),正表笔(红)接源极(S )。给栅、源极之间充电,此时万用表指针有轻微偏转。再该用万用表R*1Ω挡,将负表笔接漏极(D ),正表笔接源极(S ),万用表指示值若为几欧姆,则说明场效应管是好的。