一、N沟道场效应管工作原理
(一)结构组成
N沟道场效应管(N-ChannelFieldEffectTransistor,N-FET)主要以N型半导体材料为基础构建。以其结构为例,通常包含一块N型半导体,在其两侧各扩散形成高杂质浓度的P+区,进而构成两个不对称的P+N结(即耗尽层)。这两个P+区并联后引出栅极(G),而在N型半导体两端分别引出源极(S)和漏极(D)。该场效应管主要依靠三个引脚发挥作用,包括源极(Source,S)、漏极(Drain,D)和栅极(Gate,G)。其中,源极是电流流出的端点,漏极则作为电流流入的端点,栅极通过改变电压实现对源极和漏极之间导电沟道宽度的精准调控。
(二)导电沟道形成与工作原理
导电沟道形成:在栅极和源极之间施加电压源VGG,栅极带正电荷,而P型衬底带负电荷,进而在栅极和P型衬底之间形成电场。该电场排斥P型区中的多数载流子(空穴),同时吸引N型区的多数载流子(电子),促使电子聚集到栅极区域的绝缘层下方,最终形成导电沟道。






阈值电压:当栅源电压VGG达到阈值电压VTH时,导电沟道方才形成。阈值电压VTH与MOS管的制造工艺和材料密切相关。随着栅源电压VGG的增大,电场强度增加,导电沟道变厚,等效电阻随之减小;相反,若栅源电压VGG减小,导电沟道则会变窄,等效电阻增大。
漏源电压影响:在漏极和源极之间施加电压源VDD,漏极电流Id经导电沟道流动。漏源电压VDD使漏极电位高于源极电位,造成靠近漏极一侧的导电沟道较窄,靠近源极一侧的导电沟道较宽。当VDD增加时,漏极电流Id初期会线性增长,但当VDD增加到使栅漏电压VGD减小至等于阈值电压VTN时,漏极电流Id基本保持恒定,此时出现夹断点。
二、N沟道场效应管测量方法
(一)测量DS间电阻
使用数字万用表,调至二极管档位。将场效应管的栅极悬空,红表笔接触漏极,黑表笔接触源极。若场效应管性能良好,正向测量时,万用表应显示“OL”(溢出)或极高电阻值;反向测量时,应显示硅二极管的正向压降,通常在0.5-0.7伏特之间。倘若显示接近0或阻值较低,则场效应管内部可能存在短路。
(二)测量GS间电阻
将万用表调至电阻档最高量程,测量栅极与源极之间的电阻。性能良好的N沟道场效应管,GS间电阻应极高,通常为数兆欧姆甚至更高。若读数偏低,接近0或有一定阻值,可能意味着场效应管损坏或性能下降。
(三)栅极电容充电测试
运用二极管档位,先将栅极悬空,测量DS间电阻确认正常。随后,红表笔接栅极,黑表笔接源极,给栅极电容充电数秒。再次测量DS间电阻,若场效应管性能良好,DS间电阻应明显减小,这是因为栅极电压促使导电沟道开启。若测量读数无变化,可能场效应管的栅控功能失效。
(四)使用专用仪器测量
可借助场效应管测试仪对场效应管进行全面测量。该测试仪能自动测量场效应管的各项参数,并依据测量结果精准判断场效应管的好坏。通过这种方式,可快速、高效地评估场效应管的性能,为电子设备的故障诊断和维修提供有力支持。
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