开关电源设计中如何区别及选用三极管和MOS管
来源:    发布时间: 2016-12-13 22:15   307 次浏览   大小:  16px  14px  12px
三极管的工作原理:三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。


我们把从基
三极管的工作原理:三极管是电流放大器件,有三个极,分别叫做集电极C,基极B,发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。


我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的,所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是:集电极电流受基极电流的控制(假设电源 能够提供给集电极足够大的电流的话),并且基极电流很小的变化,会引起集电极电流很大的变化,且变化满足一定的比例关系:集电极电流的变化量是基极电流变 化量的β倍,即电流变化被放大了β倍,所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1,例如几十,几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间,这就会引起基极电流Ib的变化,Ib的变化被放大后,导致了Ic很大的变化。三极管是电流控制型器件。


MOS管是金属(metal)—氧化物(oxid)—半导体(semiconductor)场效应晶体管。或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的源(source)和漏(drain)是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。


当MOS电容的栅极(Gate)相对于衬底(BACKGATE)正偏置时发生的情况。穿过GATE DIELECTRIC的电场加强了,有更多的电子从衬底被拉了上来。同时,空穴被排斥出表面。随着GATE电压的升高,会出现表面的电子比空穴多的情况。由于过剩的电子,硅表层看上去就像N型硅。掺杂极性的反转被称为inversion,反转的硅层叫做沟道(channel)。随着GATE电压的持续不断升高,越来越多的电子在表面积累,channel变成了强反转。Channel形成时的电压被称为阈值电压Vt。当GATE和BACKGATE之间的电压差小于阈值电压时,不会形成channel。所以MOS是电压控制型器件。


(1)场效应管是电压控制元件,而晶体管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用晶体管。


(2)场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而晶体管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电。被称之为双极型器件。


(3)有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比晶体管好。


(4)场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。


(5)场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,因而也被广泛应用于开关电源及各种电子设备中。尤其用场效管做开关电源的功率驱动,可以获得一般晶体管很难达到的性能。


(6)场效应管分成结型和绝缘栅型两大类,其控制原理都是一样的。


三极管BJT与场效应管FET的区别很多,简单列出几条:


1.三极管用电流控制,MOS管属于电压控制,BJT放大电流,FET将栅极电压转换为漏极电流。BJT第一参数是电流放大倍数β值,FET第一参数是跨导gm;


2.驱动能力:MOS管常用来电源开关管,以及大电流地方开关电路;


3.成本问题:三极管便宜,MOS管贵;


4.BJT线性较差,FET线性较好;


5.BJT噪声较大,FET噪声较小;


6.BJT极性只有NPN和PNP两类,FET极性有N沟道、P沟道,还有耗尽型和增强型,所以FET选型和使用都比较复杂;


7.功耗问题:BJT输入电阻小,消耗电流大,FET输入电阻很大,几乎不消耗电流;


实际上就是三极管比较便宜,用起来方便,常用在数字电路开关控制;MOS管用于高频高速电路,大电流场合,以及对基极或漏极控制电流比较敏感的地方。


总的看,无论在分立元件电路还是集成电路中,FET替代BJT都是一个大趋势。

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