一、N溝道場效應管工作原理
(一)結構組成
N溝道場效應管(N-ChannelFieldEffectTransistor,N-FET)主要以N型半導體材料為基礎構建。以其結構為例,通常包含一塊N型半導體,在其兩側各擴散形成高雜質濃度的P+區,進而構成兩個不對稱的P+N結(即耗盡層)。這兩個P+區并聯后引出柵極(G),而在N型半導體兩端分別引出源極(S)和漏極(D)。該場效應管主要依靠三個引腳發揮作用,包括源極(Source,S)、漏極(Drain,D)和柵極(Gate,G)。其中,源極是電流流出的端點,漏極則作為電流流入的端點,柵極通過改變電壓實現對源極和漏極之間導電溝道寬度的精準調控。
(二)導電溝道形成與工作原理
導電溝道形成:在柵極和源極之間施加電壓源VGG,柵極帶正電荷,而P型襯底帶負電荷,進而在柵極和P型襯底之間形成電場。該電場排斥P型區中的多數載流子(空穴),同時吸引N型區的多數載流子(電子),促使電子聚集到柵極區域的絕緣層下方,最終形成導電溝道。






閾值電壓:當柵源電壓VGG達到閾值電壓VTH時,導電溝道方才形成。閾值電壓VTH與MOS管的制造工藝和材料密切相關。隨著柵源電壓VGG的增大,電場強度增加,導電溝道變厚,等效電阻隨之減小;相反,若柵源電壓VGG減小,導電溝道則會變窄,等效電阻增大。
漏源電壓影響:在漏極和源極之間施加電壓源VDD,漏極電流Id經導電溝道流動。漏源電壓VDD使漏極電位高于源極電位,造成靠近漏極一側的導電溝道較窄,靠近源極一側的導電溝道較寬。當VDD增加時,漏極電流Id初期會線性增長,但當VDD增加到使柵漏電壓VGD減小至等于閾值電壓VTN時,漏極電流Id基本保持恒定,此時出現夾斷點。
二、N溝道場效應管測量方法
(一)測量DS間電阻
使用數字萬用表,調至二極管檔位。將場效應管的柵極懸空,紅表筆接觸漏極,黑表筆接觸源極。若場效應管性能良好,正向測量時,萬用表應顯示“OL”(溢出)或極高電阻值;反向測量時,應顯示硅二極管的正向壓降,通常在0.5-0.7伏特之間。倘若顯示接近0或阻值較低,則場效應管內部可能存在短路。
(二)測量GS間電阻
將萬用表調至電阻檔最高量程,測量柵極與源極之間的電阻。性能良好的N溝道場效應管,GS間電阻應極高,通常為數兆歐姆甚至更高。若讀數偏低,接近0或有一定阻值,可能意味著場效應管損壞或性能下降。
(三)柵極電容充電測試
運用二極管檔位,先將柵極懸空,測量DS間電阻確認正常。隨后,紅表筆接柵極,黑表筆接源極,給柵極電容充電數秒。再次測量DS間電阻,若場效應管性能良好,DS間電阻應明顯減小,這是因為柵極電壓促使導電溝道開啟。若測量讀數無變化,可能場效應管的柵控功能失效。
(四)使用專用儀器測量
可借助場效應管測試儀對場效應管進行全面測量。該測試儀能自動測量場效應管的各項參數,并依據測量結果精準判斷場效應管的好壞。通過這種方式,可快速、高效地評估場效應管的性能,為電子設備的故障診斷和維修提供有力支持。
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