場(chǎng)效應管特性及應用

場(chǎng)效應管不僅兼有普通晶體管和電子管的優(yōu)點(diǎn)，而且還具備兩者所缺少的優(yōu)點(diǎn)。場(chǎng)效應管具有雙向對稱(chēng)性，即場(chǎng)效應管的源極和漏極是可以互換的(無(wú)阻尼)，一般的晶體管是不容易做到這一點(diǎn)的，電子管是根本不可能達到這一點(diǎn)。所謂雙向對稱(chēng)性，對普通晶體管來(lái)說(shuō)，就是發(fā)射極和集電極互換，對電子管來(lái)說(shuō)，就是將陰極和陽(yáng)極互換。

場(chǎng)效應管控制工作電流的原理與普通晶體管完全不一樣，要比普通晶體管簡(jiǎn)單得多，場(chǎng)效應管只是單純地利用外加的輸入信號以改變半導體的電阻，實(shí)際上是改變工作電流流通的通道大小，而晶體管是利用加在發(fā)射結上的信號電壓以改變流經(jīng)發(fā)射結的結電流，還包括少數載流子渡越基區后進(jìn)入集電區等極為復雜的作用過(guò)程。場(chǎng)效應管的獨特而簡(jiǎn)單的作用原理賦予了場(chǎng)效應管許多優(yōu)良的性能，它向使用者散發(fā)出誘人的光輝。

一、場(chǎng)效應管的特性
場(chǎng)效應管與普通晶體管相比具有輸入阻抗高、噪聲系數小、熱穩定性好、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。它是一種壓控器件，有與電子管相似的傳輸特性，因而在高保真音響設備和集成電路中得到了廣泛的應用，其特點(diǎn)有以下一些。

1. 高輸入阻抗容易驅動(dòng)，輸入阻抗隨頻率的變化比較小。輸入結電容小(反饋電容)，輸出端負載的變化對輸入端影響小，驅動(dòng)負載能力強，電源利用率高。
2. 場(chǎng)效應管的噪聲是非常低的，噪聲系數可以做到1dB以下，現在大部分的場(chǎng)效應管的噪聲系數為0.5dB左右，這是一般晶體管和電子管難以達到的。
3. 場(chǎng)效應管具有更好的熱穩定性和較大的動(dòng)態(tài)范圍。
4. 場(chǎng)效應管的輸出為輸入的2次冪函數，失真度低于晶體管，比膽管略大一些。場(chǎng)效應管的失真多為偶次諧波失真，聽(tīng)感好，高中低頻能量分配適當，聲音有密度感，低頻潛得較深，音場(chǎng)較穩，透明感適中，層次感、解析力和定位感均有較好表現，具有良好的聲場(chǎng)空間描繪能力，對音樂(lè )細節有很好表現。
5. 普通晶體管在工作時(shí)，由于輸入端(發(fā)射結)加的是正向偏壓，因此輸入電阻是很低的，場(chǎng)效應管的輸入端(柵極與源極之間)工作時(shí)可以施加負偏壓即反向偏壓，也可以加正向偏壓，因此增加了電路設計的變通性和多樣性。通常在加反向偏壓時(shí)，它的輸入電阻更高，高達100MΩ以上，場(chǎng)效應管的這一特性彌補了普通晶體管及電子管在某些方面應用的不足。
6. 場(chǎng)效應管的防輻射能力比普通晶體管提高10倍左右。
7. 轉換速率快，高頻特性好。
8. 場(chǎng)效應管的電壓與電流特性曲線(xiàn)與五極電子管輸出特性曲線(xiàn)十分相似。

場(chǎng)效應管的品種較多，大體上可分為結型場(chǎng)效應管和絕緣柵場(chǎng)效應管兩類(lèi)，且都有N型溝道(電流通道)和P型溝道兩種，每種又有增強型和耗盡型共四類(lèi)。
絕緣柵場(chǎng)效應管又稱(chēng)金屬(M)氧化物(O)半導體(S)場(chǎng)效應管，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS管。按其內部結構又可分為一般MOS管和VMOS管兩種，每種又有N型溝道和P型溝道兩種、增強型和耗盡型四類(lèi)。
VMOS場(chǎng)效應管，其全稱(chēng)為V型槽MOS場(chǎng)效應管，是在一般MOS場(chǎng)效應管的基礎上發(fā)展起來(lái)的新型高效功率開(kāi)關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場(chǎng)效應管輸入阻抗高(大于100MΩ)、驅動(dòng)電流小(0.1uA左右)，還具有耐壓高(最高1200V)、工作電流大(1.5～100A)、輸出功率高(1～250W)、跨導線(xiàn)性好、開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)良特性。目前已在高速開(kāi)關(guān)、電壓放大(電壓放大倍數可達數千倍)、射頻功放、開(kāi)關(guān)電源和逆變器等電路中得到了廣泛應用。由于它兼有電子管和晶體管的優(yōu)點(diǎn)，用它制作的高保真音頻功放，音質(zhì)溫暖甜潤而又不失力度，備受愛(ài)樂(lè )人士青睞，因而在音響領(lǐng)域有著(zhù)廣闊的應用前景。VMOS管和一般MOS管一樣，也可分為N型溝道和P型溝道兩種、增強型和耗盡型四類(lèi)，分類(lèi)特征與一般的MOS管相同。VMOS場(chǎng)效應管還有以下特點(diǎn)。

1. 輸入阻抗高。由于柵源之間是SiO2層，柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻，一般達100MΩ左右，交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。
2. 驅動(dòng)電流小。由于輸入阻抗高，VMOS管是一種壓控器件，一般有電壓就可以驅動(dòng)，所需的驅動(dòng)電流極小。
3. 跨導的線(xiàn)性較好。具有較大的線(xiàn)性放大區域，與電子管的傳輸特性十分相似。較好的線(xiàn)性就意味著(zhù)有較低的失真，尤其是具有負的電流溫度系數(即在柵極與源極之間電壓不變的情況下，導通電流會(huì )隨管溫升高而減小)，故不存在二次擊穿所引起的管子損壞現象。因此，VMOS管的并聯(lián)得到了廣泛的應用。
4. 結電容無(wú)變容效應。VMOS管的結電容不隨結電壓而變化，無(wú)一般晶體管結電容的變容效應，可避免由變容效應招致的失真。
5. 頻率特性好。VMOS場(chǎng)效應管的多數載流子運動(dòng)屬于漂移運動(dòng)，且漂移距離僅1～1.5um，不受晶體管那樣的少數載流子基區過(guò)渡時(shí)間限制，故功率增益隨頻率變化極小，頻率特性好。
6. 開(kāi)關(guān)速度快。由于沒(méi)有少數載流子的存儲延遲時(shí)間，VMOS場(chǎng)效應管的開(kāi)關(guān)速度快，可在20ns內開(kāi)啟或關(guān)斷幾十A 電流。

二、場(chǎng)效應管的主要參數及選用
為了正確安全運用場(chǎng)效應管，防止靜電、誤操作或儲存不當而損壞場(chǎng)效應管，必須對場(chǎng)效應管主要參數有所了解和掌握。場(chǎng)效應管的參數多達幾十種，現將主要參數及含義列于表1，作為參考。

1. 場(chǎng)效應管的ID的參數按電路要求選取，能滿(mǎn)足功耗要求并略有余量即可，不要認為越大越好，ID越大，CGS也越大，對電路的高頻響應及失真不利，如ID為2A的管子，CGS約為80pF；ID為10A的管子，CGS約為1000pF。使用的可靠性可通過(guò)合理的散熱設計來(lái)保證。
2. 選用VMOS管的源漏極耐壓BVDSS不要過(guò)高，能達到要求即可。因為BVDSS大的管子飽和壓降也大，會(huì )影響效率。結型場(chǎng)效應管則要盡可能高些，因為他們本來(lái)就不高，一般BVDSS為30～50V，BVGSS為20V。
3. VMOS管的BVGSS盡可能高些，因為VMOS管子柵極很嬌氣，很容易被擊穿，儲存或操作要慎之又慎，防止帶靜電的物體接觸管腳。在儲存中要將引出腳短路，并用金屬盒屏蔽包裝，以防止外來(lái)感應電勢將柵極擊穿，尤其要注意不能將管子放入塑料盒子或塑料袋中。為了防止柵極感應擊穿，在安裝調試中要求一切儀器儀表、電烙鐵、電路板以及人體等都必須具有良好的接地效果，在管子接入電路之前，管子的全部引腳都必須保持短接狀態(tài)，焊接完畢后方可把短接材料拆除。
4. 配對管要求用同廠(chǎng)同批號的，這樣參數一致性好。盡量選用孿生配對管，使管子的夾斷電壓和跨導盡可能保持一致，使配對誤差分別小于3％和5％。
5. 盡可能選用音響專(zhuān)用管，這樣更能適合音頻放大電路的要求。
6. 在安裝場(chǎng)效應管時(shí)，位置要避免靠近發(fā)熱元件。為了防止管子振動(dòng)，要將管子緊固起來(lái)，管腳引線(xiàn)在彎曲時(shí)，應當大于根部距離5mm處進(jìn)行彎曲，以防止彎曲時(shí)拆斷管腳或引起漏氣而損壞管子。管子要有良好的散熱條件，必須配置足夠的散熱器，保證管子溫度不超過(guò)額定值，確保長(cháng)期穩定可靠工作。