场效应管控制工作电流的原理与普通晶体管完全不一样,要比普通晶体管简单得多,场效应管只是单纯地利用外加的输入信号以改变半导体的电阻,实际上是改变工作电流流通的通道大小,而晶体管是利用加在发射结上的信号电压以改变流经发射结的结电流,还包括少数载流子渡越基区后进入集电区等极为复杂的作用过程。场效应管的独特而简单的作用原理赋予了场效应管许多优良的性能,它向使用者散发出诱人的光辉。
场效应管不仅兼有普通晶体管和电子管的优点,而且还具备两者所缺少的优点。场效应管具有双向对称性,即场效应管的源极和漏极是可以互换的(无阻尼),一般的晶体管是不容易做到这一点的,电子管是根本不可能达到这一点。所谓双向对称性,对普通晶体管来说,就是发射极和集电极互换,对电子管来说,就是将阴极和阳极互换。
一、场效应管的特性
场效应管与普通晶体管相比具有输入阻抗高、噪声系数小、热稳定性好、动态范围大等优点。它是一种压控器件,有与电子管相似的传输特性,因而在高保真音响设备和集成电路中得到了广泛的应用,其特点有以下一些。
场效应管的品种较多,大体上可分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两类,且都有N型沟道(电流通道)和P型沟道两种,每种又有增强型和耗尽型共四类。
绝缘栅场效应管又称金属(M)氧化物(O)半导体(S)场效应管,简称MOS管。按其内部结构又可分为一般MOS管和VMOS管两种,每种又有N型沟道和P型沟道两种、增强型和耗尽型四类。
VMOS场效应管,其全称为V型槽MOS场效应管,是在一般MOS场效应管的基础上发展起来的新型高效功率开关器件。它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高(大于100MΩ)、驱动电流小(0.1uA左右),还具有耐压高(最高1200V)、工作电流大(1.5~100A)、输出功率高(1~250W)、跨导线性好、开关速度快等优良特性。目前已在高速开关、电压放大(电压放大倍数可达数千倍)、射频功放、开关电源和逆变器等电路中得到了广泛应用。由于它兼有电子管和晶体管的优点,用它制作的高保真音频功放,音质温暖甜润而又不失力度,备受爱乐人士青睐,因而在音响领域有着广阔的应用前景。VMOS管和一般MOS管一样,也可分为N型沟道和P型沟道两种、增强型和耗尽型四类,分类特征与一般的MOS管相同。VMOS场效应管还有以下特点。
二、场效应管的主要参数及选用
为了正确安全运用场效应管,防止静电、误操作或储存不当而损坏场效应管,必须对场效应管主要参数有所了解和掌握。场效应管的参数多达几十种,现将主要参数及含义列于表1,作为参考。
符号 | 名称 | 含义 |
BVGSS | 栅源耐压 | 栅源之间的SiO2层很薄,耐压一般只有30~40V |
BVDSS | 源漏耐压 | VGS=0,源漏反向漏电流达10uA时的VDS值 |
VP | 夹断电压 | 在源极接地情况下,为使漏源电流输出为零时的栅源电压 |
VT | 开启电压 | 当IDS达到1mA时,栅源之间的电压 |
IGss | 漏泄电流 | 栅一沟道结施加反向电压下的反向电流,结型管为nA级,MOS管为pA级 |
IDss | 饱和漏源电流 | 零偏压VGS=0时的漏电流 |
RGS | 输入电阻 | 栅源绝缘电阻,栅一沟道在反偏压下的电阻,结型管为100M Ω,MOS管为10000MΩ以上 |
RDS | 输出电阻 | 漏极特性曲线斜率的导数,即1/RDS=△ID/△VDS |
gm | 跨导 | 表示栅极电压对漏极电流的控制能力 |
IDs | 源漏电流 | |
PD | 耗散功率 | |
NF | 噪声系数 | 噪声是管子内载流子不规则运动引起的,场效应管要比晶体管小得多,NF愈小表示管子噪声愈小 |
CGS | 栅源电容 | 输入电容,越小越好,减小失真,有利频率特性提高 |
CDS | 漏源电容 | 输出电容,越小越好,减小失真,有利频率特性提高 |
CGD | 栅漏电容 | 反馈电容,越小越好,减小失真,有利频率特性提高 |
场效应管的选用应注意以下几点。