第五章MOS 场效应管的特性5.1MOS 场效应管5.3体效应第五章MOS 场效应管的特性
5.1 MOS 场效应管
5.2 MOS 管的阈值电压
5.3 体效应
1
1
5.5MOSFET 的噪声5.6MOSFET 尺寸按比例缩小5.7
MOS 器件的二阶效应5.4 MOSFET 的温度特性
5.5 MOSFET 的噪声
5.6 MOSFET 尺寸按比例缩小
5.7 MOS 器件的二阶效应
1）N 型漏极与P 型衬底；2）N 型源极与P 型衬底。
5.1 MOS 场效应管
5.1.1 MOS 管伏安特性的推导
两个PN 结：
图2）1）2
同双极型晶体管中的PN 结一样，在
结周围由于载流子的扩散、漂移达
到动态平衡，而产生了耗尽层。3）一个电容器结构：
3）
栅极与栅极下面的区域形成一个电容器，是MOS 管的核心，决定了MOS 管的伏安特性。
p+/ n+
n(p) MOSFET的三个基本几何参数
tox
poly-Si diffusion
D
W
G L
3
p+/ n+
?栅长:
?栅宽:
?氧化层厚度:
L
W
t ox
S
MOSFET的三个基本几何参数
?L min、W min和t ox由工艺确定
?L min：MOS工艺的特征尺寸(feature size)
决定MOSFET的速度和功耗等众多特性
?L和W由设计者选定
?通常选取L= L min，设计者只需选取W，W是主要的设计变量。
?W影响MOSFET的速度，决定电路驱动能力和功耗
4
MOSFET 的伏安特性:电容结构
?当栅极不加电压或加负电压时，栅极下面的区域保持P 型导电类型，漏和源之间等效于一对背靠背的二极管，当漏源电极之间加上电压时，除了PN 结的漏电流之外，不会有更多电流形成。
?当栅极上的正电压不断升高时，P 型区内的空穴被不断地排斥到衬底方向。当栅极上的电压超过阈值电压V T ，在5
栅极下的P 型区域内就形成电子分布，建立起反型层，即N 型层，把同为N 型的源、漏扩散区连成一体，形成从漏极到源极的导电沟道。这时，栅极电压所感应的电荷Q 为
Q =CV ge
式中V ge 是栅极对衬底的有效控制电压，其值为栅极到衬
底表面的电压减去阈值电压。
MOS 的伏安特性
??电荷在沟道中的渡越时间
非饱和时，在漏源电压V ds 作用下，这些电荷Q 将在τ时间内通过沟道，因此有
6ν为载流子速度，μ为载流子迁移率，E ds = V ds /L 为漏到源方向电场强度，V ds 为漏到源电压。
?
?μn = 650 cm 2/(V · s) ?电子迁移率(nMOS)
μp = 240 cm 2/(V · s) ?空穴迁移率(pMOS)
MOSFET 的伏安特性—方程推导
非饱和情况下，通过MOS 管漏源间的电流I ds 为：
e = e '· e 0?栅极-沟道间
氧化层介电常数,
e '= 3.9,
7
e 0= 8.8541851 · 10-14F· cm -1
V ge 是栅级对衬底的有效控制电压
其值为栅级到衬底表面的电压减V T
5.1.2 MOSFET 电容的组成
MOS 电容是一个相当复杂的电容，有多层介质：
首先，在栅极电极下面有一层SiO 2介质。SiO 2下面是P 型衬底，衬底是比较厚的。最后，是一个衬底电极，它同衬底之间必须是欧姆接触。
MOS 电容还与外加电压有关。
10
1）当V gs <0时，栅极上的负电荷吸引了P 型衬底中的多数载流子—空穴，使它们聚集在Si 表面上。这些正电荷在数量上与栅极上的负电荷相等，于是在Si 表面和栅极之间，形成了平板电容器，其容量为
通常，e ox =3.9?8.854?10-14F/cm ；A 是面积，单位是cm 2；t ox 是厚度，单位是cm 。e ox WL t ox e ox A t ox
=C ox =与电压无关
以耗尽层为介质的电容器——C
MOS 电容
—
束缚电荷层厚度
耗尽层电容的计算方法同PN 结的耗尽层电容的计算方法相同:
式中
N 是P 型衬底中的掺杂浓度，积分得耗尽区上的电位差 ：利用泊松公式，
12
A 从而得出束缚电荷层厚度
e
Si ?
2
MOS 电容—耗尽层电容特性
?随着V gs 的增大，排斥掉更多的空穴，耗尽层厚度X p 增大，耗尽层上的电压降 就增大，因而耗尽层电容C 就减小。耗尽层上的电压降
14
Si 的增大，实际上就意味着Si 表面电位势垒的下降，意味着Si 表面能级的下降。
?一旦Si 表面能级下降到P 型衬底的费米能级，Si 表面的半导体呈中性。这时，在Si 表面，电子浓度与空穴浓度相等，成为本征半导体。
MOS 电容—耗尽层电容特性(续)
3）若V gs 再增大，排斥掉更多的空穴，吸引了更多的电子，使得Si 表面电位下降，能级下降，达到低于P 型衬底的费米能级。这时，Si 表面的电子浓度超过了空穴的浓度，半导体呈N 型，这就是反型层。不15
过，它只是一种弱反型层。因为这时电子的浓度还低于原来空穴的浓度。
随着反型层的形成，来自栅极正电荷发出的电力线，已部分地落在这些电子上，耗尽层厚度的增加就减慢了，相应的MOS 电容C Si 的减小也减慢了。
MOS 电容—耗尽层电容特性(续)
4）?当V gs 增加到V T 值，Si 表面电位的下降，能级下降已达到P 型衬底的费米能级与本征半导体能级差的二倍。
?它不仅抵消了空穴，成为本征半导体，而且在形成的反型层中，电子浓度已达到原先的空穴浓度。这样的反型层就是强反型层。16
就达到最小值C min 。
最小的C Si 是由最大的耗尽层厚度X pmax 计算出来的。
C Si
?C ox C Si +C ox
C =显然，耗尽层厚度不再增加，C Si 也不再减小。这样，
MOS电容—凹谷特性
5）?当V gs继续增大，反型层中电子的浓度增加，来自栅极正电荷的电力线，部分落在这些电子上，落在耗尽层束缚电子上的电力线数目就有所减少。耗尽层电容将增大。两个电容串联后，C将增加。
?当V
gs 足够大时，反型层中的电子
C/ C ox
17
浓度已大到能起到屏蔽作用，全部
的电力线落在电子上。这时，反型
层中的电子将成为一种镜面反射，
感应全部负电荷，于是，C= C
ox
。
电容曲线出现了凹谷形。
必须指出，上述讨论未考虑到反型层中的电子是哪里来的。若该MOS电容是一个孤立的电容，这些电子只能依靠共价键的分解来提供，它是一个慢过程，ms级。
MOS 电容—凹谷特性测量
?若测量电容的方法是逐点测量法—一种慢进程，那么将测量到这种凹谷曲线。
?若测量电容采用高频方法，譬如，扫频方法，电压变化很快。18
图 5.2共价键就来不及瓦解，反型层就无法及时形成，于是，电容曲线就回到C ox 值。
?然而，在大部分场合，MOS 电容与N +区接在一起，有大量的电子来源，反型层可以很快形成，故不论测量频率多高，电压变化多快，电容曲线都呈凹谷形。
5.1.3 MOS电容的计算
?MOS电容C本身的机理比较复杂。
MOS电容C仅仅是栅极对衬底的电容，不是外电路中可以观察的
电容C g，C s和C d。MOS电容C对C g，C d有所贡献。
在源极和衬底之间有结电容C sb，在漏极和衬底之间也有结电容C db。
?另外，源极耗尽区、漏极
耗尽区都渗进到栅极下面的区域。
栅极与漏极扩散区，栅极与源极扩
散区都存在着某些交迭，故客观上
存在着C gs和C gd。
引出线之间还有杂散电容，可以计
入C gs和C gd。
19
MOS电容的计算
C g、C d的值还与所加的电压有关:
1）若V gs MOS电容C 对C d无贡献。 C g= C gs+ C C d= C db 2）若V gs>V T，沟道建立，MOS管导通。MOS电容是变化的，呈凹谷状，从C ox下降到最低点，又回到C ox。 这时，MOS电容C对C g，C d都有贡献，它们的分配取决于MOS管的工作状态。 20 场效应管工作原理（1） 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109?）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS 功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 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 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场 如何理解场效应管的原理，大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂，给初学的人学习造成很大的难度，要深入学习就越感到困难，本人以自己的理解加以解释，希望对初学的人有帮助，即使认识可能不是很正确，但对学习肯定有很大的帮助。 场效应管的结构 场效应管是电压控制器件，功耗比较低。而三极管是电流控制器件，功耗比较高。但场效应管制作工艺比三极管复杂，不过可以做得很小，到纳米级大小。所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。对大电流功率器件处理比较困难，不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力，也有大功率场管出现，大有取代三极管的趋势。场效应管具有很多比三极管优越的性能。 结型场效应管的结构 结型场效应管又叫JFET，只有耗尽型。 这里以N沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的结构及基本工作原理。图为N沟道结型场效应管的结构示意图。在一块N型硅，材料(沟道)上引出两个电极，分别为源极(S)和漏极(D)。在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极，称为栅极(G)。这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。当栅极开路时，沟道相当于一个电阻，其阻值随型号而不同，一般为数百欧至数千欧。如果在漏极及源极之间加上电压U Ds，就有电流流过，I D将随U DS的增大而增大。如果给管子加上负偏差U GS时，PN结形成空间电荷区，其载流子很少，因而也叫耗尽区(如图a中阴影区所示)。其性能类似于绝缘体，反向偏压越大，耗尽区越宽，沟道电阻就越大，电流减小，甚至完全截止。这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片(沟道)中的电流大小的目的。 注：实际上沟道的掺杂浓度非常小，导电能力比较低，所以有几百到几千欧导通电阻。而且是PN结工作在反向偏置的状态。刚开机时，如果负偏置没有加上，此时I D是最大的。 特点：1，GS和GD有二极管特性，正向导通，反向电阻很大 2：DS也是导通特性，阻抗比较大 3：GS工作在反向偏置的状态。 4：DS极完全对称，可以反用，即D当做S，S当做D。 从以上介绍的情况看，可以把场效应管与一般半导体三极管加以对比，即栅极相当于基极，源极相当于发射极，漏极相当于集电极。如果把硅片做成P型，而栅极做成N型，则成为P沟道结型场效应管。结型场效应管的符号如图b所示。 场效应管工作原理 MOS场效应管电源开关电路。 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP 型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。 为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。 对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在 常见大中功率管三极管参数 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型2SD1402 1500V 5A 120W * * NPN 2SD1399 1500V 6A 60W * * NPN 2SD1344 1500V 6A 50W * * NPN 2SD1343 1500V 6A 50W * * NPN 2SD1342 1500V 5A 50W * * NPN 2SD1941 1500V 6A 50W * * NPN 2SD1911 1500V 5A 50W * * NPN 2SD1341 1500V 5A 50W * * NPN 2SD1219 1500V 3A 65W * * NPN 2SD1290 1500V 3A 50W * * NPN 2SD1175 1500V 5A 100W * * NPN 2SD1174 1500V 5A 85W * * NPN 2SD1173 1500V 5A 70W * * NPN 2SD1172 1500V 5A 65W * * NPN 2SD1143 1500V 5A 65W * * NPN 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型2SD1142 1500V 3.5A 50W * * NPN 2SD1016 1500V 7A 50W * * NPN 2SD995 2500V 3A 50W * * NPN 2SD994 1500V 8A 50W * * NPN 2SD957A 1500V 6A 50W * * NPN 2SD954 1500V 5A 95W * * NPN 2SD952 1500V 3A 70W * * NPN 2SD904 1500V 7A 60W * * NPN 2SD903 1500V 7A 50W * * NPN 2SD871 1500V 6A 50W * * NPN 2SD870 1500V 5A 50W * * NPN 2SD869 1500V 3.5A 50W * * NPN 2SD838 2500V 3A 50W * * NPN 2SD822 1500V 7A 50W * * NPN 2SD821 1500V 6A 50W * * NPN 晶体管型号反压Vbe0 电流Icm 功率Pcm 放大系数特征频率管子类型2SD348 1500V 7A 50W * * NPN 2SC4303A 1500V 6A 80W * * NPN 2SC4292 1500V 6A 100W * * NPN 2SC4291 1500V 5A 100W * * NPN 2SC4199A 1500V 10A 100W * * NPN 2SC3883 1500V 5A 50W * * NPN 2SC3729 1500V 5A 50W * * NPN 2SC3688 1500V 10A 150W * * NPN MOS 场效应管的工作原理及特点 场效应管是只有一种载流子参与导电，用输入电压控制输出电流的半导体器件。有N沟道器件和P 沟道器件。有结型场效应三极管JFET(Junction Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET （Metal Oxide SemIConductor FET）。 MOS场效应管 有增强型（Enhancement MOS 或EMOS）和耗尽型(Depletion)MOS或DMOS）两大类，每一类有N沟 道和P沟道两种导电类型。场效应管有三个电极： D(Drain) 称为漏极，相当双极型三极管的集电极； G(Gate) 称为栅极，相当于双极型三极管的基极； S(Source) 称为源极，相当于双极型三极管的发射极。 增强型MOS(EMOS)场效应管 道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底(substrat)，用符号B表示。 一、工作原理 1．沟道形成原理 当Vgs=0 V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压，不会在D、S间形成电流。当栅极加有电压时，若0＜Vgs＜Vgs(th)时（VGS(th) 称为开启电压），通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，所以仍然不足以形成漏极电流ID。 进一步增加Vgs，当Vgs＞Vgs(th)时，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层（inversion layer）。随着Vgs的继续增加，ID将不断增加。 在Vgs=0V时ID=0，只有当Vgs＞Vgs(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。 VGS对漏极电流的控制关系可用iD=f(vGS)|VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图。 转移特性曲线斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm 的量纲为mA/V，所以gm也 称为跨导。 跨导的定义式如下： gm=△ID/△VGS| (单位mS) 2．Vds对沟道导电能力的控制 当Vgs＞Vgs(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压Vds对漏极电流ID的影响。Vds的不同变化对沟 道的影响如图所示。 根据此图可以有如下关系 VDS=VDG＋VGS= —VGD＋VGS VGD=VGS—VDS 当VDS为0或较小时，相当VGD＞VGS(th)，沟道呈斜线分布。在紧靠漏极处，沟道达到开启的程度以上， 场效应管分类型号简介封装DISCRETE MOS FET 2N7000 60V,0.115A TO-92 DISCRETE MOS FET 2N7002 60V,0.2A SOT-23 DISCRETE MOS FET IRF510A 100V,5.6A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF520A 100V,9.2A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF530A 100V,14A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF540A 100V,28A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF610A 200V,3.3A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF620A 200V,5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF630A 200V,9A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF634A 250V,8.1A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF640A 200V,18A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF644A 250V,14A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF650A 200V,28A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF654A 250V,21A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF720A 400V,3.3A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF730A 400V,5.5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF740A 400V,10A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF750A 400V,15A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF820A 500V,2.5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF830A 500V,4.5A TO-220 DISCRETE MOS FET IRF840A 500V,8A TO-220 DISCRETE 场效应管工作原理（1） 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109?）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 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 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表 材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。 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 场效应管的参数很多，包括直流参数、交流参数和极限参数，但一般使用时关注以下主要参数： 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、U P — 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、U T — 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、g M — 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U GS 变化量的比值。g M 是衡量场效应管放大能力的重要参数。 5、BU DS — 漏源击穿电压。是指栅源电压U GS 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BU DS。 常用场效应管参数大全 型号材料管脚用途参数 3DJ6NJ 低频放大20V0.35MA0.1W 4405/R9524 2E3C NMOS GDS 开关600V11A150W0.36 2SJ117 PMOS GDS 音频功放开关400V2A40W 2SJ118 PMOS GDS 高速功放开关140V8A100W50/70nS0.5 2SJ122 PMOS GDS 高速功放开关60V10A50W60/100nS0.15 2SJ136 PMOS GDS 高速功放开关60V12A40W 70/165nS0.3 2SJ143 PMOS GDS 功放开关60V16A35W90/180nS0.035 2SJ172 PMOS GDS 激励60V10A40W73/275nS0.18 2SJ175 PMOS GDS 激励60V10A25W73/275nS0.18 2SJ177 PMOS GDS 激励60V20A35W140/580nS0.085 2SJ201 PMOS n 2SJ306 PMOS GDS 激励60V14A40W30/120nS0.12 2SJ312 PMOS GDS 激励60V14A40W30/120nS0.12 2SK30 NJ SDG 低放音频50V0.5mA0.1W0.5dB 2SK30A NJ SDG 低放低噪音频50V0.3-6.5mA0.1W0.5dB 2SK108 NJ SGD 音频激励开关50V1-12mA0.3W70 1DB 2SK118 NJ SGD 音频话筒放大50V0.01A0.1W0.5dB 2SK168 NJ GSD 高频放大30V0.01A0.2W100MHz1.7dB 2SK192 NJ DSG 高频低噪放大18V12-24mA0.2W100MHz1.8dB 2SK193 NJ GSD 高频低噪放大20V0.5-8mA0.25W100MHz3dB 2SK214 NMOS GSD 高频高速开关160V0.5A30W 2SK241 NMOS DSG 高频放大20V0.03A0.2W100MHz1.7dB 2SK304 NJ GSD 音频功放30V0.6-12mA0.15W 2SK385 NMOS GDS 高速开关400V10A120W100/140nS0.6 2SK386 NMOS GDS 高速开关450V10A120W100/140nS0.7 2SK413 NMOS GDS 高速功放开关140V8A100W0.5 (2SJ118) 2SK423 NMOS SDG 高速开关100V0.5A0.9W4.5 2SK428 NMOS GDS 高速开关60V10A50W45/65NS0.15 2SK447 NMOS SDG 高速低噪开关250V15A150W0.24可驱电机2SK511 NMOS SDG 高速功放开关250V0.3A8W5.0 2SK534 NMOS GDS 高速开关800V5A100W4.0 2SK539 NMOS GDS 开关900V5A150W2.5 2SK560 NMOS GDS 高速开关500V15A100W0.4 2SK623 NMOS GDS 高速开关250V20A120W0.15 2SK727 NMOS GDS 电源开关900V5A125W110/420nS2.5 2SK734 NMOS GDS 电源开关450V15A150W160/250nS0.52 2SK785 NMOS GDS 电源开关500V20A150W105/240nS0.4 2SK787 NMOS GDS 高速开关900V8A150W95/240nS1.6 2SK790 NMOS GDS 高速功放开关500V15A150W0.4 可驱电机 . 常用场效应管型号参数管脚识别及检测表 场效应管管脚识别 场效应管的检测和使用 场效应管的检测和使用一、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×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。 1 / 19 . （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Ｇ1与栅极Ｇ2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Ｒ×１０或Ｒ×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Ｒ×１０ｋ档，再测栅极Ｇ1与Ｇ2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×100档，红表笔接源极Ｓ， 黑表笔接漏极Ｄ，给场效应管加上1.5Ｖ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Iｂ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 型号材料管脚用途参数 IRFP9140 PMOS GDS 开关 100V19A150W100/70nS0.2 IRFP9150 PMOS GDS 开关 100V25A150W160/70nS0.2 IRFP9240 PMOS GDS 开关 200V12A150W68/57nS0.5 IRFPF40 NMOS GDS 开关 900V4.7A150W2.5 IRFPG42 NMOS GDS 开关 1000V3.9A150W4.2 IRFPZ44 NMOS GDS 开关 1000V3.9A150W4.2 ******* IRFU020 NMOS GDS 开关 50V15A42W83/39nS0.1 IXGH20N60ANMOS GDS 600V20A150W IXGFH26N50NMOS GDS 500V26A300W0.3 IXGH30N60ANMOS GDS 600V30A200W IXGH60N60ANMOS GDS 600V60A250W IXTP2P50 PMOS GDS 开关 500V2A75W5.5 代J117 J177 PMOS SDG 开关 M75N06 NMOS GDS 音频开关 60V75A120W MTH8N100 NMOS GDS 开关 1000V8A180W175/180nS1.8 MTH10N80 NMOS GDS 开关 800V10A150W MTM30N50 NMOS 开关 (铁)500V30A250W MTM55N10 NMOS GDS 开关 (铁)100V55A250W350/400nS0.04 MTP27N10 NMOS GDS 开关 100V27A125W0.05 MTP2955 PMOS GDS 开关 60V12A75W75/50nS0.3 MTP3055 NMOS GDS 开关 60V12A75W75/50nS0.3 场效应管工作原理 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P 沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P 型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P 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 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 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 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 UGS=0时的漏极电流。UP —夹断电压，使ID=0对应的UGS的值。P沟道场效应管的工作原理与N沟道类似。我们不再讨论。下面我们看一下各类绝缘栅场效应管(MOS场效应管)在电路中的符号。§3 场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。 一、直流参数 1、饱合漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。定义：当栅、源极之间的电压UGS=0，而漏、源极之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。 2、夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流(如1μA， 50μA)时所需UGS的值。 3、开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，漏极电流ID达到某一数值(如10μA)时所需加的UGS 值。 4、直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比，由于栅极几乎不索取电流，因此输入电阻很高，结型为106Ω以上，MOS管可达1010Ω以上。 二、交流参数 2009-11-16 14:24 IRF系列POWER MOSFET 功率场效应管型号参数查询及代换 带有"-"号的参数为P沟道场效应管,带有/的参数的为P沟道,N沟道双管封装在一起的场效应管,没注明的均为N沟道场效应管. 型号Drain-to-Source V oltage漏极到源极电压Static Drain-Source On-State Resistance静态漏源 通态电阻Continuous Drain Current漏极连续电流(TC=25℃) PD Total Power Dissipation 总功率耗散(TC=25℃）Package 封装Toshiba Replacement 替换东芝型号V ender 供应商 型号耐压（V）内阻（mΩ）电流（A）功率（W）封装厂商 IRF48 60 - 50 190 TO-220AB - IR IRF024 60 - 17 60 TO-204AA - IR IRF034 60 - 30 90 TO-204AE - IR IRF035 60 - 25 90 TO-204AE - IR IRF044 60 - 30 150 TO-204AE - IR IRF045 60 - 30 150 TO-204AE - IR IRF054 60 - 30 180 TO-204AA - IR IRF120 100 - 8.0 40 TO-3 - IR IRF121 60 - 8.0 40 TO-3 - IR IRF122 100 - 7.0 40 TO-3 - IR IRF123 60 - 7.0 40 TO-3 - IR IRF130 100 - 14 75 TO-3 - IR IRF131 60 - 14 75 TO-3 - IR IRF132 100 - 12 75 TO-3 - IR IRF133 60 - 12 75 TO-3 - IR IRF140 100 - 27 125 TO-204AE - IR IRF141 60 - 27 125 TO-204AE - IR IRF142 100 - 24 125 TO-204AE - IR IRF143 60 - 24 125 TO-204AE - IR IRF150 100 - 40 150 TO-204AE - IR IRF151 60 - 40 150 TO-204AE - IR IRF152 100 - 33 150 TO-204AE - IR IRF153 60 - 33 150 TO-204AE - IR IRF220 200 - 5.0 40 TO-3 - IR IRF221 150 - 5.0 40 TO-3 - IR IRF222 200 - 4.0 4.0 TO-3 - IR IRF223 150 - 4.0 40 TO-3 - IR IRF224 250 - 3.8 40 TO-204AA - IR IRF225 250 - 3.3 40 TO-204AA - IR IRF230 200 - 9.0 75 TO-3 - IR IRF231 150 - 9.0 75 TO-3 - IR IRF232 200 - 8.0 75 TO-3 - IR 常用场效应管型号参数管脚识别及检测表场效应管管脚识别 场效应管的检测和使用 场效应管的检测和使用一、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×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Ｇ1与栅极Ｇ2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Ｒ×１０或Ｒ×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Ｒ×１０ｋ档，再测栅极Ｇ1与Ｇ2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 型号材料管脚用途参数 3DJ6NJ 低频放大 20V0.35MA0.1W 4405/R9524 2E3C NMOS GDS 开关 600V11A150W0.36 2SJ117 PMOS GDS 音频功放开关 400V2A40W 2SJ118 PMOS GDS 高速功放开关 140V8A100W50/70nS0.5 2SJ122 PMOS GDS 高速功放开关 60V10A50W60/100nS0.15 2SJ136 PMOS GDS 高速功放开关 60V12A40W 70/165nS0.3 2SJ143 PMOS GDS 功放开关 60V16A35W90/180nS0.035 2SJ172 PMOS GDS 激励 60V10A40W73/275nS0.18 2SJ175 PMOS GDS 激励 60V10A25W73/275nS0.18 2SJ177 PMOS GDS 激励 60V20A35W140/580nS0.085 2SJ201 PMOS n 2SJ306 PMOS GDS 激励 60V14A40W30/120nS0.12 2SJ312 PMOS GDS 激励 60V14A40W30/120nS0.12 2SK30 NJ SDG 低放音频 50V0.5mA0.1W0.5dB 2SK30A NJ SDG 低放低噪音频 50V0.3-6.5mA0.1W0.5dB 2SK108 NJ SGD 音频激励开关 50V1-12mA0.3W70 1DB 2SK118 NJ SGD 音频话筒放大 50V0.01A0.1W0.5dB 2SK168 NJ GSD 高频放大 30V0.01A0.2W100MHz1.7dB 2SK192 NJ DSG 高频低噪放大 18V12-24mA0.2W100MHz1.8dB 2SK193 NJ GSD 高频低噪放大 20V0.5-8mA0.25W100MHz3dB 结型场效应管(JFET)的结构和工作原理 1. JFET的结构和符号 N沟道JFET P沟道JFET 2. 工作原理（以N沟道JFET为例） N沟道JFET工作时，必须在栅极和源极之间加一个负电压——V GS< 0，在D-S间加一个正电压——V DS>0. 栅极—沟道间的PN结反偏，栅极电流i G?0，栅极输入电阻很高（高达107W以上）。 N沟道中的多子（电子）由S向D运动，形成漏极电流i D。i D的大小取决于V DS的大小和沟道电阻。改变V GS可改变沟道电阻，从而改变i D。 主要讨论V GS对i D的控制作用以及V DS对i D的影响。 ①栅源电压V GS对i D的控制作用 当V GS＜0时，PN结反偏，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，I D减小；V GS更负时，沟道更窄，I D更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断，I D≈0。这时所对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P。 ②漏源电压V DS对i D的影响 在栅源间加电压V GS＜0 ，漏源间加正电压V DS> 0。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD=V GS-V DS，比源端耗尽层所受的反偏电压V GS大,(如:V GS=-2V, V DS=3V, V P=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为V GD=-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端宽，沟道比源端窄，故V DS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。 当V DS增加到使V GD=V GS-V DS=V P时，耗尽层在漏端靠拢,称为预夹断。 当V DS继续增加时，预夹断点下移，夹断区向源极方向延伸。由于夹断处电阻很大，使V DS主要降落在该区，产生强电场力把未夹断区的载流子都拉至漏极，形成漏极电流I D。预夹断后I D基本不随V DS增大而变化。 ①V GS对沟道的控制作用 当V GS＜0时，PN结反偏?耗尽层加厚?沟道变窄。V GS继续减小，沟道继续变窄。当沟道夹断时，对应的栅源电压V GS称为夹断电压V P（或V GS(off) ）。对于N沟道的JFET，V P<0。 场效应管分类 型号 简介 封装常用三极管型号及参数(1) DISCRETE晶体管型号反压Vbe0电流Icm功率Pcm放大系MOS FET 2N7000 60V,0.115A TO-92IRFU02050V15A42W**NMOS场效应DISCRETE IRFPG421000V4A150W**NMOS场效应 MOS FET 2N7002 60V,0.2A SOT-23IRFPF40900V4.7A150W**NMOS场效应DISCRETE IRFP9240200V12A150W**PMOS场效应 MOS FET IRF510A 100V,5.6A TO-220IRFP9140100V19A150W**PMOS场效应DISCRETE IRFP460500V20A250W**NMOS场效应 MOS FET IRF520A 100V,9.2A TO-220IRFP450500V14A180W**NMOS场效应DISCRETE IRFP440500V8A150W**NMOS场效应 MOS FET IRF530A 100V,14A TO-220IRFP353350V14A180W**NMOS场效应DISCRETE IRFP350400V16A180W**NMOS场效应 MOS FET IRF540A 100V,28A TO-220IRFP340400V10A150W**NMOS场效应DISCRETE IRFP250200V33A180W**NMOS场效应 MOS FET IRF610A 200V,3.3A TO-220IRFP240200V19A150W**NMOS场效应DISCRETE IRFP150100V40A180W**NMOS场效应 MOS FET IRF620A 200V,5A TO-220晶体管型号反压Vbe0电流Icm功率Pcm放大系DISCRETE IRFP140100V30A150W**NMOS场效应 MOS FET IRF630A 200V,9A TO-220IRFP05460V65A180W**NMOS场效应DISCRETE IRFI744400V4A32W**NMOS场效应 MOS FET IRF634A 250V,8.1A TO-220IRFI730400V4A32W**NMOS场效应DISCRETE IRFD9120100V1A1W**NMOS场效应 MOS FET IRF640A 200V,18A TO-220IRFD12380V1.1A1W**NMOS场效应DISCRETE IRFD120100V1.3A1W**NMOS场效应 MOS FET IRF644A 250V,14A TO-220IRFD11360V0.8A1W**NMOS场效应DISCRETE IRFBE30800V2.8A75W**NMOS场效应 MOS FET IRF650A 200V,28A TO-220IRFBC40600V6.2A125W**NMOS场效应DISCRETE IRFBC30600V3.6A74W**NMOS场效应 MOS FET IRF654A 250V,21A TO-220IRFBC20600V2.5A50W**NMOS场效应DISCRETE IRFS9630200V6.5A75W**PMOS场效应 MOS FET IRF720A 400V,3.3A TO-220IRF9630200V6.5A75W**PMOS场效应DISCRETE IRF9610200V1A20W**PMOS场效应 MOS FET IRF730A 400V,5.5A TO-220晶体管型号反压Vbe0电流Icm功率Pcm放大系DISCRETE IRF954160V19A125W**PMOS场效应 MOS FET IRF740A 400V,10A TO-220IRF953160V12A75W**PMOS场效应DISCRETE IRF9530100V12A75W**PMOS场效应 MOS FET IRF750A 400V,15A TO-220IRF840500V8A125W**NMOS场效应DISCRETE IRF830500V4.5A75W**NMOS场效应 MOS FET IRF820A 500V,2.5A TO-220IRF740400V10A125W**NMOS场效应DISCRETE IRF730400V5.5A75W**NMOS场效应 MOS FET IRF830A 500V,4.5A TO-220IRF720400V3.3A50W**NMOS场效应DISCRETE IRF640200V18A125W**NMOS场效应 MOS FET IRF840A 500V,8A TO-220IRF630200V9A75W**NMOS场效应DISCRETE IRF610200V3.3A43W**NMOS场效应 MOS FET IRF9520 TO-220IRF54180V28A150W**NMOS场效应DISCRETE IRF540100V28A150W**NMOS场效应 MOS FET IRF9540 TO-220IRF530100V14A79W**NMOS场效应 结型场效应管的工作原理 N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，现以N沟道结型场效应管为例，分析其工作原理。 N沟道结型场效应管工作时，需要外加如图1所示的偏置电压，即在栅-源极间加一负电压(v GS＜0)，使栅-源极间的P+N结反偏，栅极电流i G≈0，场效应管呈现很高的输入电阻(高达108左右)。在漏-源极间加一正电压(v DS＞0)，使N沟道中的多数载流子电子在电场作用下由源极向漏极作漂移运动，形成漏极电流i D。i D的大小主要受栅-源电压v GS控制，同时也受漏-源电压v DS的影响。因此，讨论场效应管的工作原理就是讨论栅-源电压v GS对沟道电阻及漏极电流i D的控制作用，以及漏-源电压v DS对漏极电流i D 的影响。 转移特性：在u DS一定时, 漏极电流i D与栅源电压u GS之间的关系称为转移特性。 在U GS(off)≤u GS≤0的范围内, 漏极电流i D与栅极电压u GS的关系为2) 输出特性：输出特性是指栅源电压u GS一定, 漏极电流i D与漏极电压u DS之间的关系。 1．v GS对沟道电阻及i D的控制作用 图2所示电路说明了v GS对沟道电阻的控制作用。为便于讨论，先假设漏-源极间所加的电压v DS=0。当栅-源电压v GS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图2(a)所示。当v GS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用下，两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+区，因此，随着|v GS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩展，使沟道变窄，沟道电阻增 大，如图2(b)所示。当|v GS| 进一步增大到一定值|V P| 时，两侧的耗尽层将在沟道中央合拢，沟道全部被夹断，如图2(c)所示。由于耗尽层中没有载流子，因此这时漏-源极间的电阻将趋于无穷大，即使加上一定的电压v DS，漏极电流i D也将为零。这时的栅-源电压称为夹断电压，用V P表示。 上述分析表明，改变栅源电压v GS的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。若同时在漏源-极间加上固定的正向电压v DS，则漏极电流i D将受v GS 的控制，|v GS|增大时，沟道电阻增大，i D减小。上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流i D的大小。 2．v DS对i D的影响 设v GS值固定，且V P场效应管工作原理 1
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