三極管開關(guān)電路 VS 場效應(yīng)管電路,孰優(yōu)孰劣?
發(fā)布時(shí)間:2015-04-15 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】在做電路設(shè)計(jì)時(shí)候,或多或少的會(huì)用到三極管開關(guān)電路或者是場效應(yīng)管電路,但是他們二者其實(shí)有很大的區(qū)別,不管是從優(yōu)點(diǎn)還是缺點(diǎn)都是不盡相同的,那么在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候如何去選擇呢?請看下文講解。
一般我們在做電路設(shè)計(jì)時(shí)候,三極管開關(guān)電路和MOS管開關(guān)電路有著以下四種區(qū)別:
首先是三極管是用電流控制,MOS管屬于電壓控制;
然后就是成本問題,三極管便宜,MOS管貴;
其次是功耗問題,三極管損耗大;
最后是驅(qū)動(dòng)能力,MOS管常用來電源開關(guān),以及大電流地方開關(guān)電路。實(shí)際上就是三極管比較便宜,用起來方便,常用在數(shù)字電路開關(guān)控制。
MOS管用于高頻高速電路,大電流場合,以及對基極或漏極控制電流比較敏感的地方。一般來說低成本場合,普通應(yīng)用的先考慮用三極管,不行的話考慮MOS管。實(shí)際上說電流控制慢,電壓控制快這種理解是不對的。要真正理解得了解雙極晶體管和MOS晶體管的工作方式才能明白。
三極管是靠載流子的運(yùn)動(dòng)來工作的,以npn管射極跟隨器為例,當(dāng)基極加不加電壓時(shí),基區(qū)和發(fā)射區(qū)組成的pn結(jié)為阻止多子(基區(qū)為空穴,發(fā)射區(qū)為電子)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),在此pn結(jié)處會(huì)感應(yīng)出由發(fā)射區(qū)指向基區(qū)的靜電場(即內(nèi)建電場),當(dāng)基極外加正電壓的指向?yàn)榛鶇^(qū)指向發(fā)射區(qū),當(dāng)基極外加電壓產(chǎn)生的電場大于內(nèi)建電場時(shí),基區(qū)的載流子(電子)才有可能從基區(qū)流向發(fā)射區(qū),此電壓的最小值即pn結(jié)的正向?qū)妷?工程上一般認(rèn)為0.7v)。
但此時(shí)每個(gè)pn結(jié)的兩側(cè)都會(huì)有電荷存在,此時(shí)如果集電極-發(fā)射極加正電壓,在電場作用下,發(fā)射區(qū)的電子往基區(qū)運(yùn)動(dòng)(實(shí)際上都是電子的反方向運(yùn)動(dòng)),由于基區(qū)寬度很小,電子很容易越過基區(qū)到達(dá)集電區(qū),并與此處的PN的空穴復(fù)合(靠近集電極),為維持平衡,在正電場的作用下集電區(qū)的電子加速外集電極運(yùn)動(dòng),而空穴則為pn結(jié)處運(yùn)動(dòng),此過程類似一個(gè)雪崩過程。集電極的電子通過電源回到發(fā)射極,這就是晶體管的工作原理。
三極管工作時(shí),兩個(gè)pn結(jié)都會(huì)感應(yīng)出電荷,當(dāng)做開關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí),三極管處于飽和狀態(tài),如果這時(shí)三極管截至,pn結(jié)感應(yīng)的電荷要恢復(fù)到平衡狀態(tài),這個(gè)過程需要時(shí)間。而MOS三極管工作方式不同,沒有這個(gè)恢復(fù)時(shí)間,因此可以用作高速開關(guān)管。
場效應(yīng)管是電壓控制元件,而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號(hào)源取較少電流的情況下,應(yīng)選用場效應(yīng)管;而在信號(hào)電壓較低,又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下,應(yīng)選用晶體管。
場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電,所以稱之為單極型器件,而晶體管是即有多數(shù)載流子,也利用少數(shù)載流子導(dǎo)電。被稱之為雙極型器件。
有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負(fù),靈活性比晶體管好。場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。
場效應(yīng)晶體管具有較高輸入阻抗和低噪聲等優(yōu)點(diǎn),因而也被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。尤其用場效管做整個(gè)電子設(shè)備的輸入級(jí),可以獲得一般晶體管很難達(dá)到的性能。
這里對于場效應(yīng)管的選擇來說,我們可以認(rèn)為一般分成結(jié)型和絕緣柵型兩大類,其控制原理都是一樣的。
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