《新能源汽车电力电子技术》课件 项目三任务4功率场效应晶体管的认识与检测

《功率场效应晶体管的认识与检测》情境一辆北京现代名图新能源汽车，车主在使用空调中发现出风口风速不能调节，严重影响到驾车的舒适性，车主到4S店进行维修，经过检测，发现是鼓风机调速模块烧坏，进行更换后，鼓风机风速调节正常。现代汽车很多空调的调速模块都是利用功率场效应晶体管来进行控制的，功率场效应晶体管在纯电动汽车电机控制器（MCU）中应用也非常广泛，我们来学习功率场效应晶体管的相关内容。目录1《功率场效应晶体管的认识与检测》知识充电站2《功率场效应晶体管的认识与检测》任务实施保障机制《功率场效应晶体管的认识与检测》知识充电站1第一部分

学习目标知识目标能力目标1.掌握功率场效应晶体管的结构和主要参数2.掌握功率场效应晶体管的工作原理3.熟悉功率场效应晶体管的特性1.能判断功率场效应晶体管的类型2.能对功率场效应晶体管进行检测3.能判断功率场效应晶体管的好坏

一、场效应晶体管(FET)场效应管(FET)是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，属于压控器件。由于它仅靠多子参加导电，又称单极型晶体管。

场效应管的特点：输入阻抗高、温度稳定性好、低噪声、易集成化分类：结型(JFET)和绝缘栅型(MOS)

二、结型场效应管(JFET)

1.结构结型场效应管是利用半导体内的电场效应工作的，分N沟道和P沟道两种。在一块N型半导体的两侧分别扩散出两个高浓度的P型区，形成两个PN结，将两个P型区连接后形成一个电极G称为栅极，从N型半导体的上下两端各引出一个电极，其中S称为源极，D称为漏极，他们分别相当于BJT的基极B、发射极E和集电极C，两个PN结中间的N型区域称为导电沟道，即D、S间存在电流通道，这种结构称为N沟道结型场效应管。它的结构和电路符号如图所示。其中箭头的方向表示栅结正向偏置时，栅极电流的方向。N沟道结型场效应管的结构示意图N沟道管P沟道管结型场效应管的符号

二、结型场效应管(JFET)

N·JFET的结构及符号在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，引出的电极称为栅极G，N型半导体的两端引出两个电极，一个称为漏极D，一个称为源极S。P区与N区交界面形成耗尽层，漏极和源极间的非耗尽层区域称为导电沟道。两个PN结之间的N沟道UDS决定耗尽层的楔形程度UGS决定沟道的宽窄度UDS、UGS同时作用2.工作原理

二、结型场效应管(JFET)

二、结型场效应管(JFET)

(a)当UDS=0

且uGS=0时，耗尽层很窄，导电沟道最宽。(b)当增大时，耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。

(c)当增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，此时值为夹断电压。

二、结型场效应管(JFET)

②当固定时，决定耗尽层的楔形程度。

若，电流从漏极流向源极，从而使沟道中各点与栅极间的电压不再相等，而是沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边宽，沟道呈楔形。

（a）

（b）

（c）

二、结型场效应管(JFET)

栅漏电压，所以当逐渐增大时，逐渐减小，靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄。一旦的增大使等于，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断，如图(b)所示，为预夹断。若继续增大，则，耗尽层闭合部分将沿沟道延伸，即夹断区加长，如图(c)所示。当时，增大几乎不变，即几乎仅仅决定于，表现出的恒流性和受控性。三、结型场效应管(JFET)的特性曲线N·JFET的输出特性曲线P·JFET的输出特性曲线四、绝缘栅场效应管（MOS管）绝缘栅场效应管由金属、氧化物和半导体制成，称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。特点：输入电阻可达1010(有资料介绍可达1014

）以上。类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；UGS=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。1.N沟道增强型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极GN沟道增强型MOS场效应管的结构示意图四、绝缘栅场效应管（MOS管）结构工作原理

绝缘栅场效应管利用UGS

来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流ID。工作原理分析(1)UGS=0

漏源之间相当于两个背靠背的PN结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD(2)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)

栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近SiO2

一侧的空穴，形成由负离子组成的耗尽层。增大UGS

耗尽层变宽。(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足够多P型衬底的电子，会在耗尽层和SiO2之间形成可移动的表面电荷层

-------反型层、N型导电沟道。UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UGS(th)

或UT为开始形成反型层所需的UGS，称开启电压。(4)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流ID

。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。c.UDS>UGS–UT，

UGD<UT由于夹断区的沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，iD因而基本不变。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UT特性曲线(a)转移特性(b)输出特性UGS<UT，iD=0；

UGS

≥

UT，形成导电沟道，随着UGS的增加，ID

逐渐增大。(当UGS>UT

时)三个区：可变电阻区、恒流区(或饱和区)、夹断区。UGS增加2.N沟道耗尽型MOS场效应管制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在P型衬底中“感应”负电荷，形成“反型层”。即使UGS=0也会形成N型导电沟道。P型衬底N+N+BGSD++++++++++++++++++

UGS=0，UDS>0，产生较大的漏极电流；

UGS<0，绝缘层中正离子感应的负电荷减少，导电沟道变窄，iD

减小；

UGS=

UP,感应电荷被“耗尽”，iD

0。UP或UGS(off)称为夹断电压工作条件：UDS>0；UGS

正、负、零均可。iD/mAuGS/VOUP(a)转移特性IDSS耗尽型MOS管的符号(b)输出特性iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520N沟道耗尽型MOSFET2.N沟道耗尽型MOS场效应管3.P沟道MOS管1.P沟道增强型MOS管的开启电压UGS(th)<0当UGS<UGS(th)

，漏-源之间应加负电源电压管子才导通,空穴导电。2.P沟道耗尽型MOS管的夹断电压UGS(off)＞0UGS

可在正、负值的一定范围内实现对iD的控制，漏-源之间应加负电源电压。SGDBP沟道SGDBP沟道4.VMOS管VMOS管漏区散热面积大，可制成大功率管。保障机制《功率场效应晶体管的认识与检测》任务实施2第二部分任务实施环境器材及工具准备，数字万用表，场效应管若干任务实施步骤1.场效应管好坏的检测场效应管有三个引脚，正面朝自己，从左到右分别是G（栅极），D（漏极），S（源极），如图所示。测量方式：先把万用表调至二极管测量档，如图1所示。

图1图2步骤一：黑表笔接D（漏极），红表笔接S（源极），这个时候，正常的话应该有0.2～0.5的压降，万用表显示0.2～0.5之间数字，如图2所示。步骤二：黑表笔接S（源极），红表笔接D（漏极）这个是应该没有压降，万用表显示OL或1（数字万用表品牌不一样，显示有点分别，意思一样），如图3所示。步骤三：黑表笔接S（源极），红表笔点触G（栅极）后松开，然后，黑表笔不动，再用红表笔接D（漏极），应该有很小的电压降（万用表显示0.1左右的数字），那么这个晶体场效应管就是好的。如图4所示。图3