3.5 场效应管

场效应管（FET）简称场管，是功能上与三极管几乎完全相同，但性能更为优良的晶体管。场管按沟道可分为N沟道场管和P沟道场管。N沟道场管类似于NPN三极管，P沟道场管类似于PNP三极管。

通过对三极管的学习，我们介绍了三极管的工作状态、导通时各电极间的电流方向、由截止到导通饱和的基极导通电压等。同样，对场管的学习，也需要明确上述问题。由于场管和三极管具有很大的相似性，一些用于三极管的概念，也完全适用于场管。

3.5.1 场管通识——增强型绝缘栅场效应管的结构及图例

增强型绝缘栅场效应管的结构及图例如图3-20所示。

图中用箭头方向来表示场管的沟道类型：箭头指向管内表示N沟道，箭头指向管外表示P沟道。B为衬底引线。增强型绝缘栅场效应管又称为MOS管。MOS分别是“金属”“氧化物”“半导体”三个英文单词的首字母，它们是制造场管的原材料。

3.5.2 场管通识——场管DS间的电流方向与工作状态

通过仔细观察N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构图可以发现，场管的漏极和源极在结构上并没有什么本质的不同。这一点和三极管有很大的区别。

三极管的集电结和发射结因为掺杂浓度不同属于不对称结，而使集电极和发射极具有本质区别。流经集电极和发射极的电流方向具有单向性。但对于场管而言，既然场管的漏极和源极在结构上并没有什么本质的不同，这就意味着场管的漏极和源极本质上是等价的（结构决定性质），因此对于绝缘栅场管而言，流经其漏极和源极的电流就没有了单向性的限制。这意味着场管的漏极和源极在实际电路中是可以互换使用的。换句话说，当场管导通后，无论是N沟道还是P沟道，其DS之间等价于一根普通的导线。

这里的互换主要是针对电路设计的习惯所说的。按照一般习惯，N沟道场管的漏极D均用作电能的输入端，其源极S用作电能的输出端，此时电流从漏极流向源极。但若对布线做出调整，也完全可以以N沟道场管的源极作为电能的输入端，其漏极作为电能的输出端，此时电流从源极流向漏极。

同三极管一样，场管也只有三种工作状态：截止、放大、饱和。

3.5.3 场管通识——场管触发及导通的开关原理

场管的触发仅指在用万用表或偏置电源对场管进行测量时，以特定的表笔顺序对场管进行的一个操作，这个操作可使处于截止状态的场管进入饱和导通状态，其过程如下。

将万用表置于二极管挡（数字万用表的二极管挡是带电压的：红表笔为正，黑表笔为负，如UT61E万用表开路为2.8V），用红、黑表笔接触场管特定的两个引脚，利用表笔所带电压即可在场管的二氧化硅绝缘栅上感应出一个可令DS间双向导通的静电场（同时短接场管的三个引脚则可撤销触发，令场管回到截止状态，或者等待绝缘栅上的静电流失掉）。此时用万用表测量DS间的压降或真实电阻，会测到一个小数值，甚至是0。这就是场管的触发。

对于N沟道：黑表笔接DS中的任何一个，红表笔接G，场管即被触发。触发后DS间相当于导线（将万用表调到电阻挡，可以测出DS导通后的真实电阻）。

对于P沟道：红表笔接DS中的任何一个，黑表笔接G，场管即被触发。触发后DS间是导通的，相当于导线（将万用表调到电阻挡，可以测出DS导通后的真实电阻）。

从场管触发的过程不难看出：对于N沟道而言，通过万用表的红表笔在其G栅极上引入正电压即可；对于P沟道而言，通过万用表的黑表笔在其G栅极上引入负电压即可。可见，在控制极是高电平导通还是低电平导通的问题上，场管与三极管是相同的。

通俗地说，当N沟道场管的栅极上为高电平时DS间导通；当P沟道场管的栅极上为低电平时DS间导通。更准确地说，当N沟道场管的栅极电压大于其源极电压（即V_GS>4.5V）时DS间开始导通；当P沟道场管的栅极电压低于其源极电压（即V_GS<-4.5V）时DS间开始导通。若要完全导通，则V_GS应更大（N沟道）或更小（P沟道），具体电压可查场管的数据表后明确，其绝对值一般为9～12V。也就是说，当V_GS的绝对值为9～12V时，可认为场管已完全导通。V_GS的电压值可用万用表一表笔接栅极、一表笔接源极后测得。

如图3-21至图3-23所示为一个验证N沟道场管为高电平导通的实验电路。可调正接场管D，场管S接风扇正，风扇负接可调负，场管G单独引线用于控制。

如将场管的栅极导线直接触碰可调电源的负极与正极，可以清晰地观察到N沟道场管低电平截止（栅极下拉到地），高电平（栅极上拉到可调正）导通的特性。

如图3-24至图3-26所示为一个验证P沟道场管为高电平导通的实验电路。可调正接场管S，场管D接风扇正，风扇负接可调负，场管G单独引线用于控制。

如果将场管的栅极导线直接触碰可调电源的负极与正极，则可以清晰地观察到P沟道场管低电平（栅极下拉到地）导通，高电平（栅极上拉到可调正）截止的特性。

3.5.4 场管通识——沟道类型已知的正常场管的测量顺序

本小节专为解决初学者在实测场管时所遇到问题所写。

虽然场管与三极管相同，其完整的测量过程也是6次，但这6次必须按照特定的顺序进行才能得到预期的结果。否则，整个测量过程会被场管的触发所造成的干扰打乱，这是一个令初学者感到十分迷惑的问题。

当按照如下顺序测量N沟道增强型绝缘栅场管时会得到以下6个结果。

（1）DS（红D黑S场管未触发）间不通1；DS（红S黑D场管未触发）间通500～600mV。

（2）GD（红G黑D场管第一次触发）间不通1；GD（红D黑G场管触发后又被撤销触发）间不通1。

（3）GS（红G黑S场管第二次触发）间不通1；GS（红S黑G场管触发后又被撤销触发）间不通1。

当按照如下顺序测量P沟道增强型绝缘栅场管时会得到以下6个结果。

（1）DS（红S黑D场管未触发）间通500～600mV；DS（红D黑S场管未触发）间不通1。

（2）GD（红D黑G场管第一次触发）间不通1；GD（红G黑D场管触发后又被撤销触发）间不通1。

（3）GS（红S黑G场管第二次触发）间不通1；GS（红G黑S场管触发后又被撤销触发）间不通1。

综上所述，只有按照上述顺序进行的6次测量才会得到有且仅有一次为500～600mV的读数，其余5次为无穷大的1。有且仅有一次为500～600mV的读数是集成在场管内部DS间的一个阻尼二极管（有资料称其为场管的“体二极管”）的压降，其作用是保护场管，避免其绝缘栅因感应电压而被击穿。

3.5.5 场管通识——对坏场管的定义

所谓的坏，都是相对于好来说的。好的场管因为DS间有一个阻尼二极管，当用万用表两两测量6次时只会有一次有读数（红S黑D），其他笔序都应为无穷大。坏也只有3种可能：GS间击穿短路、GD间击穿短路、DS间击穿短路。有时可能三者全击穿，有时可能是其中的一个或两个击穿。总之，只要有一个击穿场管即已损坏。各种短路情况在实际维修中均可遇到。

场管的击穿以DS击穿居多（因其流经大电流），当DS击穿时，在板侧即可测量出DS间常态导通。但在正常情况下，红D黑S或红S黑D是不通的。DS击穿后，红D黑S或红S黑D会蜂鸣。

还有一种情况就是DS间的阻值增大，场管的导通能力下降。

3.5.6 场管通识—一个坏场管的测量过程

第一步 黑D红S测N沟道场管的阻尼二极管，显示109（已经击穿），正常为500多mV。仅从阻尼二极管被击穿即可明确判断此管已坏。

第二步 模拟触发，同时也是测量G到D是否击穿。显示1，说明G到D无击穿。如果场管是好的，则它应该已触发。

第三步 红S黑D验证场管是否被触发成功。462mV数值过大，应为0.xmV。至此，可得出结论：场管阻尼二极管不良，并且场管本身已不能正常触发，场管损坏。

3.5.7 场管的极性顺序及用万用表判断沟道和极性

三脚场管的脚位顺序因其已经固定，读者仅需实测验证即可。

若无法找到数据表，则应首先根据布线特点分析出是单场管还是双场管。然后在开路情况下，先用万用表两两测量找到阻尼二极管连接的D和S，然后再利用场管的触发过程明确场管的栅极G。结合场管的触发类型及二极管的方向即可明确被测场管的沟道类型和极性。

3.5.8 场管的具体测量过程

如果要可靠地判断场管的好坏，则必须将其从主板上吹下。

首先测量场管的阻尼二极管（无论是N沟道还是P沟道，DS间都有一个阻尼二极管，用途是中和绝缘栅上感应出的静电，防止绝缘栅击穿以保护场管，此二极管若击穿，此场管必坏）的好坏。

对于N沟道：一般的电流方向是从D到S，阻尼二极管的方向与之相反，S接阻尼二极管的正，D接阻尼二极管的负。所以，红S黑D应该有一个0.5V左右硅二极管的压降。

对于P沟道：一般的电流方向是从S到D，阻尼二极管的方向与之相反，D接阻尼二极管的正，S接阻尼二极管的负。所以，红D黑S应该有一个0.5V左右硅二极管的压降。

测到阻尼二极管的压降后，接着触发场管，观察万用表读数（N沟道红D黑S，P沟道红S黑D）是否已经为0。

极少数主板确实可以在板侧大致测其好坏：黑D红G（N沟道），观察阻尼二极管是否良好。然后快速地将红表笔从G滑向S，如果听到一声蜂鸣，则说明管子触发过，也就是好的。但此法通用性太差，无实际价值。

如果外加一个偏置电源，即使不将N沟道场管从主板上吹下，也可以比较可靠地测量其好坏。偏置电源也可以采用第二块万用表或直接使用电池盒。

如图3-27所示为用电池盒制作的偏置电源。

如果使用第二块万用表，那么此表仅用于触发场管，必须使用其二极管挡。第一块万用表可以使用电阻挡或二极管挡，其红、黑表笔分别接触N沟道场管的D或S。两块表的黑表笔并联，再用第二块万用表的红表笔接触G极，此时应注意观察第一块万用表的测量数值是否显著变小，甚至变为0。如果测量数值如前文所述，则说明场管是好的。

如果使用电池盒，则万用表可以使用电阻挡或二极管挡，其红、黑表笔分别接触N沟道场管的D或S。观察万用表的测量值，它应为一个较大的值。在用电池盒的正极红表笔接触G极的同时，注意观察万用表的测量数值是否显著变小，甚至变为0。

如图3-28所示为组合好的偏置电源和万用表，用于不吹下场管时测量其好坏。

3.5.9 场管的型号识别

在实践中，我们常常需要明确场管的具体参数，通过查看任意场管数据表不难发现，场管实际上具有很多电学参数，但其中最重要的只有两个：最大允许DS压降（Drain-Source Voltage），本书简称“最大压降”；雪崩电流（Avalanche Current、Drain Current）。单纯从开关的角度来说，场管的“最大允许DS压降”类似于二极管的“最大反向电压”，而“雪崩电流”类似于二极管的“最大整流电流”。

在开关电源中，最常见的场管型号为“INVV”：I为一位数字，代表其“雪崩电流”；VV为两位数字，代表其“最大允许DS压降”。如最常见的2N60，2代表其“雪崩电流”为2.0A，60代表其“最大允许DS压降”为600V。又如12N60，12代表其“雪崩电流”为12.0A。

若型号中的数字与“雪崩电流”和“最大允许DS压降”的数值没有特别明显的对应关系，则读者应该通过查阅其数据表来明确其参数信息。