场效应管识别与检测（精选3篇）
场效应管识别与检测 篇1
晶体三极管与场效应管的识别与检测
一、教学目标：
通过本小节的学习，让学生掌握晶体三极管与场效应管（MOS）的识别与检测
二、教学重点、难点：
晶体三极管与场效应管（MOS）的识别与检测 晶体三极管与场效应管（MOS）的区分
三、教学过程设计：
1、晶体三极管的识别
手机中的三极管一般为黑色，普通三极管有三个电极的，也有四个电极的，外型及引脚排列。四个引脚的三极管中，比较大的一个引脚是集电极，另有两个引脚相通的是发射极，余下的一个是基极。晶体三极管的外型和双二极管（即两个二极管组成的元件，也为三个引脚）、场效应管极为相似，判断时应注意区分，以免造成误判。
2、晶体三极管的检测
首先找出基极，并判定管型（NPN或PNP）。对于PNP型三极管，C、E极分别为其内部两个PN结的正极，B极为它们共同的负极，而对于NPN型三极管而言，则正好相反：C、E极分别为两个PN结的负极，而B极则为它们共用的正极，根据PN结正向电阻小反向电阻大的特性就可以很方便的判断基极和管子的类型。具体方法如下： 将模拟万用表打在R×100或R×1K档上。红表笔接触某一管脚，用黑表笔分别接另外两个管脚，这样就可得到三组（每组两次）的读数，当其中一组二次测量都是几百欧的低阻值时，若公共管脚是红表笔，所接触的是基极，且三极管的管型为PNP型；若公共管脚是黑表笔，所接触的也是基极，且三极管的管型为NPN型。
其次可判别三极管的发射极和集电极。在判别出管型和基极后，可用下列方法来判别集电极和发射极。将万用表打在R×1K档上。用手将基极与另一管脚捏在一起（注意不要让电极直接相碰），为使测量现象明显，可将手指湿润一下，将红表笔接在与基极捏在一起的管脚上，黑表笔接另一管脚，注意观察万用表指针向右摆动的幅度。然后将两个管脚对调，重复上述测量步骤。比较两次测量中表针向右摆动的幅度，找出摆动幅度大的一次。对PNP型三极管，则将黑表笔接在与基极捏在一起的管脚上，重复上述实验，找出表针摆动幅度大的一次，对于NPN型，黑表笔接的是集电极，红表笔接的是发射极。对于PNP型，红表笔接的是集电极，黑表笔接的是发射极。这种判别电极方法的原理是，利用万用表内部的电池，给三极管的集电极、发射极加上电压，使其具有放大能力。有手捏其基极、集电极时，就等于通过手的电阻给三极管加一正向偏流，使其导通，此时表针向右摆动幅度就反映出其放大能力的大小，因此可正确判别出发射极、集电极来。
3、场效应管的识别
手机中的场效应管一般也为黑色，大多数为三只脚，少数为四只脚(有两个脚相通，一般为源极S)。场效应管的外形和作用与晶体三极管极为相似，在电路板上很难辨别它们，只有借助于原理图和印制电路板图识别。晶体三极管有NPN、PNP两种类型，场效应管有NMOS管、PMOS管两种类型，其三个电极(栅极G、源极S、漏极D)分别对应于晶体管的三个电极(基极B、发射极E、集电极C)。但与晶体管相比，场效应管具有很高的输入电阻，工作时栅极几乎不取信号电流，因此它是电压控制组件。以晶体管或场效应管为核心，配以适当的阻容元件就能构成放大、振荡、开关、混频、调制等各种电路。
使用MOS管时应注意：由于MOS管的输入阻抗高，很小的输入电流就会产生很高的电压，从而导致MOS管击穿。因此，拆卸场效应管时需使用防静电的电烙铁，最好使用热风枪。另外，栅极不可悬浮，以免栅极电荷无处释放而击穿场效应管。
另外，手机中还有双场效应管封装方式，一类是单纯的两个管子封装在一起，还有一类是两个管子有逻辑关系，如构成电子开关等。
4、场效应管的检测
可用模拟万用表来定性判断MOS型场效应管的好坏。先用万用表R×10K挡(内置有9V或15V电池)，把负表笔(黑)接栅极(G)，正表笔(红)接源极(S)。给栅、源极之间充电，此时万用表指针有轻微偏转。再改用万用表R×1挡，将负表笔接漏极(D)，正表笔接源极(S)，万用表指示值若为几欧姆，则说明场效应管是好的。
也可用万用表定性判断结型场效应管的电极。将万用表拨至R×100档，红表笔任意接一个管脚，黑表笔则接另一个管脚，使第三脚悬空。若发现表针有轻微摆动，就证明第三脚为栅极。欲获得更明显的观察效果，还可利用人体靠近或者用手指触摸悬空脚，只要看到表针作大幅度偏转，即说明悬空脚是栅极，其余二脚分别是源极和漏极。其判断理由是：JFET的输入电阻大于100MΩ，并且跨导很高，当栅极开路时空间电磁场很容易在栅极上感应出电压信号，使管子趋于截止，或趋于导通。若将人体感应电压直接加在栅极上，由于输入干扰信号较强，上述现象会更加明显。如表针向左侧大幅度偏转，就意味着管子趋于截止，漏-源极间电阻RDS增大，漏-源极间电流IDS减小。反之，表针向右侧大幅度偏转，说明管子趋向导通，RDS减小，IDS增大。但表针究竟向哪个方向偏转，应视感应电压的极性（正向电压或反向电压）及管子的工作点而定。
在检测时需要注意以下两点： 一是，试验表明，当两手与D、S极绝缘，只摸栅极时，表针一般向左偏转。但是，如果两手分别接触D、S极，并且用手指摸住栅极时，有可能观察到表针向右偏转的情形。其原因是人体几个部位和电阻对场效应管起到偏置作用，使之进入饱和区。二，也可用舌尖舔住栅极，现象同上。
四、课后作业或思考题：
如何区分晶体三极管与场效应管（MOS）？
五、本节小结：
1、晶体三极管与场效应管（MOS）的识别与检测
场效应管识别与检测 篇2
CNTFET在疾病的早期诊断和治疗、环境监测和食品检测方面发挥着重要的作用。目前,研究表明利用CNTFET可以准确快速地探测蛋白质[7,8]、酶[9]、病毒[10]、细菌[11,12,13]、癌细胞[14,15]、DNA[16,17]、糖类[18,19]等生物大分子。本研究以大肠杆菌抗体功能化的CNTFET为检测工具,检测溶液中的大肠杆菌。
1 实验部分
1.1 试剂和仪器
兔抗大肠杆菌O157∶H7多克隆抗体,浓度4.7mg/mL;大肠杆菌O157∶H7(实验室配置阶梯浓度),中国人民解放军军事医学科 学院;1-芘丁酸琥 珀酰亚胺 酯 (PASE,分析纯 ), Sigma-Aldrich公司;磷酸缓冲溶液(PBS),pH为7.4,实验室自制;二甲基甲酰胺(DMF)溶剂(分析纯),成都科龙化工试剂厂。
SEM表征采用日本电子公司的S4800型号扫描电子显微镜;碳纳米管场效应晶体管半导体性能测试采用美国安捷伦 (Agilent)公司的4155C型号半导体性能测试仪。
1.2 CNTFET的 PASE修饰
实验选取场效应特性较好的CNTFET,然后将其浸泡在以DMF为溶剂的浓度为6mmol/L的PASE溶液中,室温下浸泡一定时间后取出用去离子水洗净,再用N2吹干,即得到PASE功能化的CNTFET。
1.3 CNTFET免疫传感器的制备
采用移液枪将浓度为4.7mg/mL的兔抗大肠杆菌O157∶ H7多克隆抗体的磷酸缓冲溶液(PBS)滴加到PASE-CNTFET (PASE修饰的CNTFET)中较好的通道中,让通道中 的碳纳米管被抗 体溶液充 分浸泡过 夜,然后用去 离子水反 复冲洗CNTFET,去掉未连接到碳管上的抗体分子,烘干后即可得到多克隆抗体包被至SWNTs上的CNTFET免疫传感器。
1.4 CNTFET生物传感器检测大肠杆菌 O157∶H7
将抗体功能化 的CNTFET放入浓度 为8.2×103CFU/ mL的大肠杆菌的PBS溶液中,用半导体参数测试仪(4155C) 实时监测了大肠杆菌吸附到碳管上引起的电性能的变化。为了探索连接分子的作用,采用对照实验,将未经PASE修饰的CNTFET直接进行抗体功能化,用于大肠杆菌的检测。
2 结果与讨论
采用半导体性能测试仪4155C对CNTFET进行场效 应特性测量,由图1(a)可看出,当外加的 栅压从 -10V增大到10V的过程中,源漏电极之间输出的电流-电压曲线也发生变化,呈发散状态,说明具有 场效应特 性。并且,随着Vg的增大,电导不断减小,呈现出p型场效应管特性;从图1(b)中可以看出CNTFET电烧蚀后的开关比可以达到105。
为了实现生物分子的特异性检测,通常利用 生物分子 的相应抗体作为识别层,功能化碳纳米管。实验中,采用兔抗大肠杆菌O157∶H7多克隆抗体功能化PASE-CNTFET,制备出针对大肠杆菌O157∶H7的生物传 感器。 为了实现 抗体和SWNTs的有效连接,采用双官能团分子PASE为连接分 子, 作为中间搭桥介质,实现抗体的固定。
图2为CNTFET器件的初始 性能及修 饰阶段的 输出特性曲线。图2(a)可看出在PASE修饰之前,器件在一定的栅电压VG(5V)下,随着漏源电压Vds的增大,漏源间的电阻Rds越小,呈现出p型场效应特性;但是在修饰了PASE后,CNTFET器件性能有了显著改变,测得的漏源间的电阻Rds比修饰前明显降低,且其关断电压向负方向有较大位移,呈现出n型特性,这很可能是由于PASE修饰的碳纳米管吸附了大 量大肠杆菌抗体,并且抗体分子中仲氨基(—NH)具有给电子能力引起的。而吸附了大肠杆菌后,大肠杆菌分子通过与 兔抗大肠杆菌O157∶H7多克隆抗体特异性识别作用被吸附到PASE共价修饰的CNTFET时,大肠杆菌分子表面的电荷对器件施加了门效应或者是 传输了电 荷给SWNTs,从而引起 了FET器件传导性能的改变,进而表明大肠杆菌分子已成功吸附在PASE功能化的CNTFET器件上。而图2(b)中未经PASE修饰后的抗体-CNTFET在检测大 肠杆菌时,电阻-电压曲线 仅有很小的变化,说明未经PASE修饰的碳管对抗体 的吸附作用较差,导致CNTFET的碳管表面无法连接上针对大肠杆菌检测的有效抗体。
图2 (a)经 PASE修饰后的抗体-CNTFET 检测大肠杆菌 时的Rds-Vds关系曲线;(b)未经 PASE修饰后的抗体CNTFET 检测大肠杆菌时的 Rds-Vds关系曲线
在电学性能测试 后,用去离子 水反复冲 洗CNTFET表面,然后用SEM观察CNTFET通道中大肠杆菌 在碳管表 面上的附着情况(见图3)。
图3 (a)用 PASE修饰过的抗体-CNTFET 检测大肠杆菌 的 SEM 图;(b)未经 PASE修饰过的抗体-CNTFET 检测大肠杆菌的 SEM 图
从图3可以看出,PASE-SWNTs在大肠杆菌溶液中浸泡过后,经过充分的清洗,仍然能看到大量的大肠杆菌分子沿着PASE-SWNTs表面密集 排列,经PASE修饰后的CNTFET上的SWNTs可以捕捉到大 肠杆菌;而未经PASE修饰过的CNTFET上的SWNTs上无法连接上大肠 杆菌,说明抗体 直接与碳管的连接效果不好。由此可以 看出,利用PASE作为连接分子可以有效地实现碳管与抗体分子的固定。这主要是由于连接分子PASE,具有双官能团分子,它的吡丁环可以通过π-π键与SWNTs形成共价结合(见图4),另外它的succinimidyl ester(SE)基团可以 与抗体分 子上的—NH2形成共价键,从而实现SWNTs与抗体的连接[20]。
[(ⅰ)PASE修饰SWNTs; (ⅱ)抗体附着在 PASE修饰的SWNTs上]
图5显示了PASE修饰的抗 体-CNTFET用于探测 不同浓度的大肠杆菌的电阻-电压曲线图。实验中,在CNTFET通道中滴加浓度分别为8.2×102、8.2×104、8.2×106和8.2× 108CFU/mL的大肠杆菌溶液,实时检测源流电极之间的电阻变化图。从图5可以看到,随着不同大肠杆菌浓度的添加,每一步的电阻都从最大值迅速地降低,然后趋于平稳,并且大肠杆菌浓度越大,平稳后的电阻也越来越大。这主要是因为,随着浓度的增加,CNTFET表面吸附的大肠杆菌分子也相应的增加,从而使源漏电极之间的电阻也相应的增大。
3 结论
场效应管的使用与检测 篇3
关键词场效应管；参数；检测
中图分类号TM文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)042-0107-01
现在越来越多的电子电路都在使用场效应管，特别是在音响领域更是如此，场效应管与晶体管不同，它是一种电压控制器件(晶体管是电流控制器件)，其特性更象电子管，它具有很高的输入阻抗，较大的功率增益，由于是电压控制器件所以噪声小。
1场效应管的特点
场效应管属于电压控制元件，这一点类似于电子管的三极管，但它的构造与工作原理和电子管是截然不同的，与双极型晶体管相比，场效应晶体管具有如下特点：①场效应管是电压控制器件，它通过UGS来控制ID；②场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大；③它是利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好。
场效应管工作原理用一句话说，就是“漏极-源极间流经沟道的ID，用以门极与沟道间的pn结形成的反偏的门极电压控制ID”。更正确地说，ID流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由pn结反偏的变化，产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域，表示的过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切断。在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具有绝缘特性，通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场，实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。
2场效应管的分类与命名方法
1）场效应管的命名。按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。正面朝下，从左向右面数下来，分别是：G（栅）、D（漏）、S（源）（如右图）。
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。
2）场效应管的参数。①IDSS：饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压UGS=0时的漏源电流；②UP：夹断电压。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，使漏源间刚截止时的栅极电压；③UT：开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压；④gM：跨导。是表示栅源电压U GS — 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数；⑤BUDS：漏源击穿电压。是指栅源电压UGS一定时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数，加在场效应管上的工作电压必须小于BUDS。
3场效应管的作用与检测
1）场效应管的作用：①场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器；②场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换；③场效应管可以用作可变电阻。
2）场效应管的测试。①结型场效应管的管脚识别。场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k档，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数KΩ时，则这两个管脚为漏极D和源极S（可互换），余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）；②判定栅极。用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏；③估测场效应管的放大能力。将万用表拨到R×100档，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1.5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱；若表针不动，说明管子已经损坏。由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻档测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下即可。
参考文献
[1]刘祯.常用大功率、高耐压场效应管参数表[J].家电检修技术,2000,02,
[2]王元渝.VMOS场效应管及其应用[J].电测与仪表,1983,10.