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場(chǎng)效應(yīng)晶體管​電路符號(hào)及在壓力變送器使用特點(diǎn)
閱讀次數(shù):856  發(fā)布時(shí)間:2022/11/29 9:06:27
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 場(chǎng)效應(yīng)晶體管​電路符號(hào)及在壓力變送器使用特點(diǎn)

電路符號(hào)

場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電路符號(hào)如圖所示。其中結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)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(chǎng)效應(yīng)管。很顯然,圖形符號(hào)中箭頭指向“溝道”,表示是n型溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管;箭頭背離“溝道”,表示是p型溝道結(jié)型場(chǎng)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(duì)稱(chēng)的,所以圖形符號(hào)畫(huà)法也很對(duì)稱(chēng),表示在實(shí)際應(yīng)用中這兩個(gè)電極可以對(duì)換使用。在絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)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(chǎng)效應(yīng)管。將表示溝道結(jié)型的“箭頭”改畫(huà)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(chǎng)效應(yīng)管;箭頭背離“溝道”,表示是p型溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。另外,箭頭線畫(huà)得短,表示襯底無(wú)引出線;箭頭線畫(huà)得稍長(zhǎng),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(duì)于增強(qiáng)型的管子,還將“溝道”線畫(huà)成3截,表示在零柵壓下這種管子是沒(méi)有導(dǎo)電溝道的,以區(qū)別于耗盡型mos管和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。可見(jiàn),掌握了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的這些圖形符號(hào),就等于掌握了場(chǎng)效應(yīng)晶體管的種類(lèi),這對(duì)分析電路和正確運(yùn)用場(chǎng)效應(yīng)晶體管都很重要。

圖場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào)

跟普通晶體三極管一樣,以前場(chǎng)效應(yīng)晶體管的舊圖形符號(hào)均用圓圈表示外殼,現(xiàn)已廢棄不再畫(huà)出圓圈。不過(guò)我們翻閱以前的電路圖或圖書(shū)時(shí),會(huì)看到帶有圓圈的場(chǎng)效應(yīng)晶體管圖形符號(hào)。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管的文字符號(hào)與普通晶體三極管的文字符號(hào)相同,常用vt(舊符號(hào)為bg)或v表示,在電路圖中常寫(xiě)在圖形符號(hào)旁邊。若電路圖中有多只同類(lèi)元器件時(shí),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(hào)的下邊,一般標(biāo)出場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)。

引腳識(shí)別

圖給出了國(guó)產(chǎn)小功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管各引腳的排列位序。對(duì)于圖(a)所示的金屬管帽封裝的三引腳圓柱狀場(chǎng)效應(yīng)管,其管帽下有一個(gè)小凸口,把引腳對(duì)著自己,從凸口開(kāi)始沿順時(shí)針?lè)较驍?shù),如果是結(jié)型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管,則依次為d、g和s腳。對(duì)于塑料封裝的半圓柱狀結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,其3個(gè)引線腳呈“一字形”排列,面對(duì)標(biāo)有型號(hào)的一面,從左到右依次為s、d、g腳。對(duì)于圖(b)所示的金屬管帽封裝的四引腳絕緣柵型場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管的引腳識(shí)別

對(duì)于有4個(gè)引腳的結(jié)型場(chǎng)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(duì)于大功率場(chǎng)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(hào)、封裝和引腳排列不熟悉的場(chǎng)效應(yīng)晶體管時(shí),就要查閱有關(guān)資料或用萬(wàn)用表檢測(cè)辨認(rèn)后再接入電路。

型號(hào)命名

國(guó)產(chǎn)小功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)一般由4個(gè)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(gè)電極或4個(gè)電極(雙柵極場(chǎng)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(hào)和某些特性參數(shù)的分類(lèi)等。例如:3dj6f表示n溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,3c01表示p溝道絕緣柵(增強(qiáng)型)場(chǎng)效應(yīng)管,4d01a表示n溝道絕緣柵(耗盡型)雙柵場(chǎng)效應(yīng)管。還有些絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管,生產(chǎn)廠家在型號(hào)后面加有字母“b”(如3d01d-b),表示管內(nèi)對(duì)柵極加了保護(hù)措施。功率型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)命名多借用國(guó)外型號(hào)命名法,還有些是生產(chǎn)廠家自己命名的。部分國(guó)產(chǎn)小功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)和主要參數(shù)見(jiàn)表。

圖場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)標(biāo)注實(shí)例

國(guó)外生產(chǎn)的常見(jiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管型號(hào)有2sk11、3n128、bfw11、mfe3004、irfd120、bs170……其型號(hào)命名規(guī)則與同類(lèi)晶體三極管一致,這里不再詳細(xì)介紹。

表 部分國(guó)產(chǎn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的型號(hào)和主要參數(shù)

主要參數(shù)

場(chǎng)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(shí)只需要關(guān)注以下幾項(xiàng)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(shí),加在柵極上的電壓ucs,它是結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。

②開(kāi)啟電壓(ur)。這是指當(dāng)漏極電壓us為某一規(guī)定值時(shí),使導(dǎo)電溝道(即漏、源極之間)剛開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓ucs,它是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的重要參數(shù)。當(dāng)柵極電壓uos小于開(kāi)啟電壓up的絕對(duì)值時(shí),場(chǎng)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(shí),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(shí)原始溝道的導(dǎo)電能力,是耗盡型場(chǎng)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(shí),漏極電流變化量△1。與引起這個(gè)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(mén)子)。gm是衡量場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極電壓對(duì)漏極電流控制能力強(qiáng)弱的一個(gè)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(shí),場(chǎng)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(xiàng)極限參數(shù),使用時(shí)加在場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管正常工作時(shí),漏、源極之間所允許通過(guò)的最大電流,它相當(dāng)于普通晶體三極管的/cm。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作電流不應(yīng)超過(guò)這一極限參數(shù)。

⑦最大耗散功率(ppsm)。這是指場(chǎng)效應(yīng)晶體管性能不變壞時(shí),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(shí),場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)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(chǎng)效應(yīng)晶體管或絕緣柵場(chǎng)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(shí)所選用的硅材料類(lèi)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(chǎng)效應(yīng)晶體管和n溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例,簡(jiǎn)單介紹它們的結(jié)構(gòu)和基本特性。

n溝道結(jié)型場(chǎng)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(gè)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(gè)p區(qū)連接在一起,并引出一個(gè)電極稱(chēng)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(gè)pn結(jié),因其中的載流子已經(jīng)耗盡,故這兩個(gè)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姡恍蜗蟮胤Q(chēng)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(huì)有漏極電流/o從漏極d通過(guò)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(shí),就相當(dāng)于給pn結(jié)加上了反向電壓,從而使得兩個(gè)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(shí),耗盡層就會(huì)越來(lái)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(chēng)為夾斷,這時(shí)所加的柵極電壓就叫夾斷電壓up。可見(jiàn),結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用導(dǎo)電溝道之間耗盡層的大小來(lái)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(shí),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(chǎng)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(gè)反偏的集電結(jié)和一個(gè)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(chǎng)效應(yīng)晶體管工作示意圖

n溝道絕緣柵場(chǎng)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(gè)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(gè)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(chǎng)效應(yīng)管因此得名。在制造管子時(shí),通過(guò)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(gè)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(huì)形成),即使在柵極電壓uos=0時(shí),也會(huì)有較大的漏極電流/o。當(dāng)柵極電壓uss改變時(shí),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(jiàn),絕緣柵場(chǎng)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(lái)控制導(dǎo)電溝道的寬窄,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)漏極電流/,的控制,這和結(jié)型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管工作示意圖

絕緣柵場(chǎng)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(shí),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(chēng)為耗盡型場(chǎng)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(huì)形成漏極電流的,則稱(chēng)為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。對(duì)于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)說(shuō),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(huì)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(huì)變寬,漏極電流o會(huì)增大;反之,如果在柵極上加負(fù)電壓,導(dǎo)電溝道就會(huì)變窄,漏極電流便會(huì)減小。這跟n溝道結(jié)型場(chǎng)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(duì)于增強(qiáng)型的管子,當(dāng)柵極電壓ucs為零時(shí),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(huì)有電流通過(guò)。如果給柵極g加上正電壓,情況就會(huì)發(fā)生變化,溝道中就會(huì)有電流流過(guò)。一般使管子導(dǎo)通并開(kāi)始產(chǎn)生漏極電流/,時(shí)的柵、源極間電壓uas,就叫開(kāi)啟電壓ut。

外形和種類(lèi)

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

圖場(chǎng)效應(yīng)晶體管的實(shí)物外形圖

根據(jù)結(jié)構(gòu)和制造工藝,場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(jfet)和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(jgfet)兩大類(lèi)。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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型(柵偏壓為零時(shí)已存在溝道),而絕緣柵型場(chǎng)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(shí)才會(huì)出現(xiàn)溝道)。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一般分類(lèi)如下。

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

性能優(yōu)良的場(chǎng)效應(yīng)晶體管

場(chǎng)效應(yīng)晶體管(英文縮寫(xiě)fet)簡(jiǎn)稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管,顧名思義,它是利用電場(chǎng)的效應(yīng)來(lái)控制電流的。場(chǎng)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(kāi)發(fā)出來(lái)的新一代放大器件,它有3個(gè)電極——柵極、漏極和源極,其特點(diǎn)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(guò)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(chēng)為雙極型晶體管。而場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)晶體管又稱(chēng)為單極型晶體管。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高(10~1000mω)、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),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(jìng)爭(zhēng)者。

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