2.7 场效应晶体管

2.7.1 场效应晶体管的分类

场效应晶体管也是一种常用的半导体器件，通常在模拟电路中作为放大器件使用，在数字电路中作开关器件使用。

场效应晶体管与晶体管很相似，但两者的控制特性却截然不同，晶体管是电流控制器件，通过控制基极电流来达到控制集电极电流或发射极电流的目的，即需要信号源提供一定的电流才能工作，所以它的输入阻抗较低。而场效应晶体管则是电压控制器件，它的输出电流取决于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，所以它的输入阻抗较高。

此外，与晶体管相比，场效应晶体管具有开关速度快、高频特性好、热稳定性好、功率增益大及噪声小等优点，因而在电动自行车电路中得到广泛的应用。场效应晶体管的分类形式如下。

1.按功能分类

场效应晶体管按功能可分为普通场效应晶体管和组合场效应晶体管。

2.按结构分类

场效应晶体管按结构的不同可分为结型场效应晶体管和绝缘栅（金属氧化物）场效应晶体管两种类型。

其中，绝缘栅场效应晶体管又分为MOS场效应晶体管和VMOS场效应晶体管两种。

3.按导电沟道分类

场效应晶体管按导电沟道可分为N型沟道、P型沟道场效应晶体管。

TIPS 接插件接触不良是指主电路中电源输出端接头以及各分支的接插件因长期使用松动、弹性变差造成接触不良，接触电阻变大，主要特征有：由于接触不良造成打火，接触面有烧蚀痕迹，严重的绝缘受热变形。如果主电路接触电阻变大，控制器上电压降低，电动自行车续行里程变短，严重的会出现欠电压保护，甚至整车无电。

TIPS 接插件松动是一种随机故障，一般是随着路况和车速的变化而毫无规律地出现或消失，在行驶中有停顿、时快时慢以及无力等感觉。为稳妥起见，必须对松动的连接部位予以焊接处理，这样可以保证彻底根除故障点。

TIPS 充电器工作一直是正常的，若突然变得不正常、不充电或是出现焦煳的气味，应当立即拔掉电源，最好不要自行拆卸修理，尤其是在没有足够的工具和仪表的情况下，更要谨慎，否则即使勉强可以维持充电，也存在着重大隐患。

TIPS 经维修后的充电器在使用前一定要测试其绝缘强度，以免出现电击危险。可以用万用表测试输入和输出之间的绝缘电阻，其值应大于5MΩ。

4.按栅极数目分类

场效应晶体管按栅极数目可分为单栅、双栅场效应晶体管。

2.7.2 场效应晶体管的识别

1.结型场效应晶体管

结型场效应晶体管有栅极G、漏极D和源极S。它与普通晶体管相比较，源极S相当于发射极E，栅极G相当于基极B，漏极D相当于集电极C。其外形和引脚如图2-29所示。

图2-29 常见结型场效应晶体管的外形和引脚排列

两种结型场效应晶体管的电路符号如图2-30所示。

2.MOS场效应晶体管

MOS场效应晶体管由于栅极G和其他两极（D和S）之间隔了一层二氧化硅绝缘层，所以输入电阻极高（10⁹Ω以上），通常称为MOS管。MOS管有N沟道、P沟道、增强型和耗尽型4种类型。其外形与电路符号如图2-31所示。

图2-30 两种结型场效应晶体管的电路符号

图2-31 MOS场效应晶体管

3.VMOS场效应晶体管

N沟道VMOS场效应晶体管的引脚分别是栅极G、漏极D、源极S和衬底B，通常将衬底（又称衬极）与源极S相连，所以，从场效应晶体管的外形来看还是一个三端电路组件。其引脚的排序也是以管键为定位点，按顺时针方向依次为D、G、S。VMOS场效应晶体管的外形及电路符号如图2-32所示。

图2-32 VMOS场效应晶体管

2.7.3 场效应晶体管的检测

下面，我们针对前面所讲的几种场效应晶体管，说明其检测方法。

1.结型场效应晶体管的检测

（1）沟道的区分

如图2-33所示，将万用表拨到1kΩ挡，黑表笔接一个极，红表笔轮流碰其余两个极，如阻值很大，说明都是反向电阻，则是N沟道管，黑表笔接的是栅极。相反，接法不变，但电阻都很小，则是P沟道管，黑表笔接的仍然是栅极。

（2）电极的判别

根据场效应晶体管的PN结正、反向电阻值不一样的现象，可以判别出结型场效应晶体管的三个电极。对于有4个引脚的结型场效应晶体管，另外一极是屏蔽极（使用中接地）。

1）栅极G与沟道型的判定。栅极G与沟道型的判定有如下两种方法。

①将万用表置于R×100挡，用黑表笔（或红表笔）任意接触一个电极，另一只表笔依次去接触其余的两个电极，测其电阻值。

当出现两次测得的电阻值近似相等时，且为低阻值（几百欧姆至一千欧姆），则说明所测的是结型场效应晶体管的正向电阻，此时黑表笔接触的电极为栅极G，其余两电极分别为漏极D和源极S，判定为N沟道场效应晶体管；如两次测出的电阻值均很大，则说明均为结型场效应晶体管的反向电阻，黑表笔所接的也是G极，但被测管不是N沟道类型，而是P沟道类型。

如不出现上述情况，可以调换黑、红表笔按上述方法进行测试，直到判别出G极为止。

图2-33 结型场效应晶体管的检测

TIPS 使用充电器给蓄电池充电时，应先将充电器的输出插头插入蓄电池组的充电插座后，再将充电器的市电输入插头插入交流市电的电源插座；充电结束后，则应先拔下市电插头后，再取下充电器的输出插头。

TIPS 充电器应工作在通风良好的环境中，不要在烈日或高温的环境下工作，避免因温度过高给蓄电池组和充电器造成危害。

TIPS 在充电过程中，如指示灯异常、出现异味或充电器外壳过热，应立即停止充电，并对充电器进行检修或更换。

TIPS 充电器在使用和保管中，不要让异物进入内部，更不可使水或其他液体进入充电器，以免造成充电器内部短路损坏。

②将万用表置于R×1k挡，任选两个电极，分别测出其正、反向电阻值。当某两个电极的正、反向电阻值相等，且为几千欧姆时，则该两个电极分别是漏极D和源极S。因为对结型场效应晶体管而言，D极和S极可互换，剩下的电极肯定是G极。

2）D极和S极的判定。结型场效应晶体管的三个引脚一般是呈G、D、S排列的（商标面向上，引脚正对自己），金属封装的结型场效应晶体管排列则以管键为定位点，一般按逆时针G、D、S排列。由于结型场效应晶体管的源极和漏极在结构上具有对称性，所以一般可以互换使用，通常两个电极不必再进一步区分。在需要区分D、S极的场合下，也可以利用万用表测量两个电极之间的电阻值进行判定。具体方法如下：

将万用表置于R×10挡，用红、黑表笔卡住要判断的D、S极上，分别测量极间的正、反向电阻值。当测得阻值为较大值时，用黑表笔与G极接触一下，然后再恢复原状。在此过程中，红、黑表笔应始终与原引脚接触，此时万用表的读数会出现两种情况：

①如读数由大变小，则万用表黑表笔所接的引脚为D极，红表笔所接的引脚为S极；

②如万用表读数没有明显变化，仍为较大值，此时把黑表笔与所接的引脚保持接触，然后移动红表笔与G极触碰一下。此时如阻值由大变小，则黑表笔所接的引脚为S极，红表笔所接的引脚为D极。

（3）检测放大能力

将万用表置于R×100挡，红表笔接S极，黑表笔接D极，测出漏源极间的电阻值。然后用手捏住结型场效应晶体管的G极，将人体的感应电压信号加到G极上，由此可能观察到万用表的指针有较大幅度的摆动。无论指针摆动方向如何，只要指针摆动幅度较大，就说明晶体管有较大的放大能力。如果手捏G极时，指针摆动较小，则说明晶体管的放大能力较差；如指针根本不摆动，则说明晶体管已经失去放大能力。

必须注意的是，每次测量完毕后应将G、S极间短路一下。这是因为G-S结电容上会充有少量电荷，建立起V_GS电压，造成再次进行测量时指针可能不动，只有将G、S极间电荷短路放掉才行。

TIPS 充电器暴露在外的触头是带电的，严禁用手触摸，或用导电物接触两触头。

TIPS 使用或存放充电器时，应防止任何液体或金属屑粒等渗入充电器内部。还需要谨防跌落及撞击，以免造成充电器损伤。

2.MOS场效应晶体管的检测

MOS场效应晶体管有源极S、漏极D和第一栅极G1与第二栅极G2，应分别测量场效应晶体管S极与D极、G极与S极、G极与D极、G1极与G2极之间的电阻阻值来判断MOS管的好坏。

（1）检测源极S与漏极D之间的电阻阻值

检测时，将指针式万用表置于R×1或R×100挡，红表笔接S极，黑表笔接D极。正常时，所测得的电阻阻值应在几十欧至几千欧。对调两支表笔，其读数应与前者一致。如两次检测的数值不同，则说明该场效晶体管已损坏。

（2）检测源极S与其他电极之间的电阻阻值

将指针式万用表两支表笔分别接S极与G1、S极与G2、G1极与G2极，进行分别测量；之后，对调表笔再予以分别测量。上述各种情况所测得的电阻值均应是无穷大。如上述各种情况检测的阻值过小或为通路，则说明该场效应晶体管质量过差或损坏。

3.VMOS场效应晶体管的检测

VMOS场效应晶体管的检测方法如下：

（1）栅极G的判别

使用指针式万用表检测时，将万用表拨至R×1k挡分别测量三个引脚之间的电阻值。因为栅极G与另两个引脚是绝缘的，如发现某引脚与其他两引脚的电阻均呈无穷大，并且在调换表笔后仍为无穷大，则可判断此脚为G极。

（2）源极S、漏极D的判别

VMOS场效应晶体管在源极与漏极之间有一个PN结，可根据PN结正、反向电阻存在差异来判别是S极或D极。测量时，将两表笔交换测量两次，其中电阻较小的一次为正向电阻，此时黑表笔所接的引脚为S极，红表笔所接的引脚为D极。

（3）VMOS场效应晶体管好坏的检测

检测时应将G极与S极短路，把指针式万用表置于R×1挡，黑表笔接S极，红表笔接D极。正常时所测得的电阻值在几欧至十几欧，说明该场效应晶体管质量是好的；如测得的阻值过大或为零，则说明该场效应晶体管已损坏。