CN102128989A - 场效应管输入/输出电容的测量电路及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种场效应管输入/输出电容的测量电路及其测量方法，包括可调稳压电源、电感L1、被测场效应管、电容C1、电阻R1、电阻R2、开关K1、接线端口J1、J2、J3和电容值测量装置；所述电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端和被测场效应管的源极J_S分别连接在可调稳压电源的输出端上形成电源回路；电阻R1和开关K1串联后并接在被测场效应管的栅极J_G和源极J_S之间；电容C1与电阻R2串联后并接在被测场效应管的漏极J_D和源极J_S之间。本发明可测量场效应管的输入电容和输出电容，方便检测、判定场效应管的品质。

Description

场效应管输入/输出电容的测量电路及其测量方法

技术领域

本发明涉及场效应管的测量电路，尤其指一种场效应管输入、输出电容的测量电路及其测量方法。

背景技术

场效应管是场效应晶体管(Field Effect Transistor)的简称，文献中常直接简写为FET，其由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管，它属于电压控制型半导体器件，具有3个极性，栅极、漏极和源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅等材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件。FET按照结构可以分为结型FET(JFET：Junction FET)和绝缘栅FET(MOSFET：MetalOxideSemicoductor FET)。按照电学特性，MOSFET又可以分为耗尽型(Depletion)与增强型(Enhancement)两类。它们又都可以进一步分为N沟型(与双极晶体管的NPN型相当)和P沟型(与双极晶体管的PNP型相当)。

随着工业的的进步，MOSFET被广泛地应于功率放大、高速电源开关管、电机控制等用途，在使用时经常遇到FET器件替代、来料品质检验的问题，由于大部份企业、个人无法测量FET的输入、输出电容，只能检测其耐压、开启电压、导通内阻等参数，所以对FET的输入、输出电容都是不作检测。为了验证FET的来料品质，验证是否可以替代原合格品FET，都是把来料FET装入电路，通过实际测试电路是否能正常工作来判定来料品质，这种方法不直观，同时，为了找到合格的FET，经常需要进行大量的重复的实验。

发明内容

本发明的目的是提供一种场效应管输入/输出电容的测量电路，可测量场效应管的输入电容和输出电容，方便检测、判定场效应管的品质。

本发明的另一个目的在于提供利用上述场效应管输入/输出电容的测量电路的测量方法。

本发明实现上述目的的技术解决方案是：

一种场效应管输入、输出电容的测量电路，包括可调稳压电源、电感L1、被测场效应管、电容C1、电阻R1、电阻R2、开关K1、接线端口J1、J2、J3和电容值测量装置；所述电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端和被测场效应管的源极J_S分别连接在可调稳压电源的输出端上形成电源回路；所述电阻R1和开关K1串联后并接在被测场效应管的栅极J_G和源极J_S之间；所述电容C1与电阻R2串联后并接在被测场效应管的漏极J_D和源极J_S之间；所述接线端口J1连接至电容C1和电阻R2之间形成输出电路，接线端口J2连接至被测场效应管的栅极J_G，接线端口J3连接至被测场效应管的源极J_S，所述电容值测量装置的测量端子接在其中两个接线端口上测量场效应管的输入或输出电容值。

一种上述场效应管输入、输出电容的测量电路的测量方法，包括以下步骤：

测量场效应管的输出电容时：

(1)将可调稳压电源调至测量被测场效应管规定的电压值，闭合测量电路中被测场效应管的接口及开关K1，不接入被测场效应管；

(2)将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J1和J3上，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₀₁；

(3)将被测场效应管接入测量电路中的被测场效应管的接口，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₀₂；

(4)被测场效应管的输出电容C₀＝C₀₂-C₀₁；

测量场效应管的输入电容时：

(a)将可调稳压电源调至测量被测场效应管规定的电压值，断开测量电路中被测场效应管的接口及开关K1，不接入被测场效应管；

(b)将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J2和J3上，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₂₁；

(c)闭合测量电路中被测场效应管的接口及开关K1；

(d)将被测场效应管接入测量电路中的被测场效应管的接口，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₂₂；

(e)被测场效应管的输入电容C₂＝C₂₁-C₂₂。

在所述步骤2中，可将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J1和J3上，然后将电容值测量装置调零；则被测场效应管的输出电容为步骤3直接测得的分布电容值C₀₂；即输出电容C₀＝C₀₂；

在所述步骤b中，可将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J2和J3上，然后将电容值测量装置调零，则被测场效应管的输入电容为步骤c直接测得的分布电容值C₂₂；即输入电容C₂＝C₂₂。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1、本发明的测量电路中采用数量不多的元件，利用电感的隔交流特性，可测量FET的输入、输出电容。

2、本发明的测量方法简单有效，不许要重复、大量的实验即可控制FET的替代、来料检测，保证使用FET的最终成品的一致性和品质。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明实施例1(被测为N沟型FET)的电路图；

图2为本发明实施例2(被测为P沟型FET)的电路图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种场效应管输入、输出电容的测量电路，由可调稳压电源、电感L1、被测场效应管、电容C1、电阻R1、电阻R2、开关K1、接线端口J1、J2、J3和电容值测量装置组成；其中，被测场效应管为N沟型场效应管，电容值测试装置可为电容表或RCL电桥。

电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端连接至可调稳压电源的正端，被测场效应管的源极J_S连接至可调稳压电源的负端上形成电源回路；电阻R1和开关K1串联后并接在被测场效应管的栅极J_G和源极J_S之间；电容C1与电阻R2串联后并接在被测场效应管的漏极J_D和源极J_S之间，电容C1和R2串联后接地。在该测量电路中设置有被测场效应管的接口：漏极JD端子、源极J_S端子、栅极J_G，被测场效应管漏极J_D、源极J_S、栅极J_G分别对应漏极J_D端子、源极J_S端子、栅极J_G端子，测量时可将场效应管按对应的电极端子接入测量电路。

接线端口J1连接至电容C1和电阻R2之间形成输出电路，接线端口J2连接至被测场效应管的栅极J_G，接线端口J3连接至被测场效应管的源极J_S，电容值测量装置的测量端子接在其中两个接线端口上测量场效应管的输入或输出电容值。

通过上述的测量电路，场效应管输入、输出电容的测量方法，包括以下步骤：

测量场效应管的输出电容时：

(1)将可调稳压电源调至测量被测场效应管规定的电压值，闭合测量电路中被测场效应管的接口及开关K1，不接入被测场效应管；

(2)将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J1和J3上，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₀₁，或者将电容值测量装置调零；

(3)将被测场效应管接入测量电路中的被测场效应管的接口，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₀₂；

(4)被测场效应管的输出电容C₀＝C₀₂-C₀₁；

测量场效应管的输入电容时：

(a)将可调稳压电源调至测量被测场效应管规定的电压值，断开测量电路中被测场效应管的接口及开关K1，不接入被测场效应管；

(b)将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J2和J3上，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₂₁，或者将电容值测量装置调零；

(c)闭合测量电路中被测场效应管的接口及开关K1；

(d)将被测场效应管接入测量电路中的被测场效应管的接口，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₂₂；

(e)被测场效应管的输入电容C₂＝C₂₁-C₂₂；

在所述步骤2中，可将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J1和J3上，然后将电容值测量装置调零；则被测场效应管的输出电容为步骤3直接测得的分布电容值C₀₂；即输出电容C₀＝C₀₂；

在所述步骤b中，可将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J2和J3上，然后将电容值测量装置调零，则被测场效应管的输入电容为步骤c直接测得的分布电容值C₂₂；即输入电容C₂＝C₂₂。

上述场效应管输入、输出电容的测量电路及其测量方法的原理为：

在已知测量条件：FET的VDS为10V，VGS＝0V，电容测试装置的工作频率在1MHz下，测量FET的输出电容时，电容值测量装置接至J1和J3端子，开关K1闭合，这时FET管接口闭合，由于电路中没有直流电流或直流电流极为微弱，电感L1内阻引发的直流压降几乎测不出来。被测FET其漏极J_D和源极J_S电压即为可调稳压电源的电压10V，这个电压可以预先调到测量条件规定的数值。在实际应用时，电感L1选用10H的、分布电容极小的电感，分布电容控制在20pF以下，这时电感的感抗为：

R_L1＝2πFL₁

得到电感感抗R_L1约为60MΩ，对电容值测量装置影响极小，可以忽略，主要是电感L1的分布电容影响较大。

电容C1选用聚丙烯等容量稳定，损耗角极低的无感电容，其容量要远大于FET的输出电容，而FET输出电容一般都在5000pF以下，电容C1的电容值至少是其100倍，即对测量的影响在1％以下，电容C1可用0.5uF的无感电容。电阻R2是确保电容值测试设备两端测试端的直流电压为0设置的，选值极大，一般是MΩ级以上。R2对测量精度的影响最终以分布电容形式体现出来，如1MΩ的电阻，被RCL电桥当作的分布电容为：

$C=\frac{1}{2\mathrm{\πf}{R}_2}=\frac{1}{2\×3.14\×{10}^6\×{10}^6}=0.16\mathrm{pF}$

电阻R2在选取时，应选用分布电容小的电阻，R1选取方法相同。

在不接入被测管时，预先电容值测测量装置调零或校零，对于不能调零或校零的装置，可以先记下分布电容，再从测量值为减去分布电容，即为实际FET的输出电容值。

测量FET的输入电容时，原理和测量输出电容相同，需要注意的是在被测FET接入电路前，要把K1置入闭合状态，确保FET管子接入后不会因静电等误导通。FET管子接入后，再断开K1，再通过上述测量方法的测量步骤可以测量出FET的输入电容。

本测量电路若不考虑R1分布电容的影响，K1可以省去，等同于K1直接短路，R1直接接在被测FET管的栅极J_G和源极J_S的之间；同理，R1和R2都可以用电感代替，电路工作原理不变，同样都可以达到测量FET输入、输出电容的目的。

实施例2

如图2所示是本发明的实施例2，本实施例2与实施例1的不同之处在于：被测场效应管为P沟型场效应管，电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端连接至可调稳压电源的负端，被测场效应管的源极J_S连接至可调稳压电源的正端形成电源回路。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明中具体实施电路还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种场效应管输入/输出电容的测量电路，其特征在于：包括可调稳压电源、电感L1、被测场效应管、电容C1、电阻R1、电阻R2、开关K1、接线端口J1、J2、J3和电容值测量装置；所述电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端和被测场效应管的源极J_S分别连接在可调稳压电源的输出端上形成电源回路；所述电阻R1和开关K1串联后并接在被测场效应管的栅极J_G和源极J_S之间；所述电容C1与电阻R2串联后并接在被测场效应管的漏极J_D和源极J_S之间；所述接线端口J1连接至电容C1和电阻R2之间形成输出电路，接线端口J2连接至被测场效应管的栅极J_G，接线端口J3连接至被测场效应管的源极J_S，所述电容值测量装置的测量端子接在其中两个接线端口上测量场效应管的输入或输出电容值。

2.根据权利要求1所述的场效应管输入/输出电容的测量电路，其特征在于：所述被测场效应管为N沟型场效应管，所述电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端连接至可调稳压电源的正端，所述被测场效应管的源极J_S连接至可调稳压电源的负端形成电源回路。

3.根据权利要求1所述的场效应管输入/输出电容的测量电路，其特征在于：所述被测场效应管为P沟型场效应管，所述电感L1的一端连接至被测场效应管的漏极J_D，电感L1的另一端连接至可调稳压电源的负端，所述被测场效应管的源极J_S连接至可调稳压电源的正端形成电源回路。

4.根据权利要求2或3所述的场效应管输入/输出电容的测量电路，其特征在于：所述电容值测量装置为电容表或RCL电桥。

5.一种如权利要求1所述的场效应管输入/输出电容的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

测量场效应管的输出电容时：

(1)将可调稳压电源调至测量被测场效应管规定的电压值，闭合测量电路中被测场效应管的接口及开关K1，不接入被测场效应管；

(2)将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J1和J3上，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₀₁；

(3)将被测场效应管接入测量电路中的被测场效应管的接口，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₀₂；

(4)被测场效应管的输出电容C₀＝C₀₂-C₀₁；

测量场效应管的输入电容时：

(a)将可调稳压电源调至测量被测场效应管规定的电压值，断开测量电路中被测场效应管的接口及开关K1，不接入被测场效应管；

(b)将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J2和J3上，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₂₁；

(c)闭合测量电路中被测场效应管的接口及开关K1；

(d)将被测场效应管接入测量电路中的被测场效应管的接口，从电容值测量装置中得出测量电路的分布电容值C₂₂；

(e)被测场效应管的输入电容C₂＝C₂₁-C₂₂。

6.根据权利要求5所述的场效应管输入/输出电容的测量方法，其特征在于：所述步骤2中，将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J1和J3上，然后将电容值测量装置调零；则被测场效应管的输出电容为步骤3直接测得的分布电容值C₀₂；即输出电容C₀＝C₀₂。

7.根据权利要求5所述的场效应管输入/输出电容的测量方法，其特征在于：所述步骤b中，将电容值测量装置的测量端子接在接线端口J2和J3上，然后将电容值测量装置调零；则被测场效应管的输入电容为步骤c直接测得的分布电容值C₂₂；即输入电容C₂＝C₂₂。

Images