開關(guān)電源中的MOS和三極管,別傻傻分不清楚!
發(fā)布時(shí)間:2015-03-19 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】在開關(guān)電源當(dāng)中,有時(shí)區(qū)別三極管和MOS管是有難度的,并且如何對(duì)這兩種器件進(jìn)行選擇也是需要一定經(jīng)驗(yàn)的。本篇文章將為大家介紹如何在開關(guān)電源中對(duì)三極管和MOS管進(jìn)行選擇和區(qū)別。
MOS管是場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)稱,其被大量應(yīng)用在數(shù)字和模擬電路當(dāng)中,應(yīng)用十分廣泛。三極管在電路中的作用主要是對(duì)電流進(jìn)行控制,并在需要的時(shí)候進(jìn)行電信號(hào)的放大。在開關(guān)電源當(dāng)中,有時(shí)區(qū)別三極管和MOS管是有難度的,并且如何對(duì)這兩種器件進(jìn)行選擇也是需要一定經(jīng)驗(yàn)的。所以本篇文章就將為大家介紹如何在開關(guān)電源中對(duì)三極管和MOS管進(jìn)行選擇和區(qū)別。
首先先來(lái)看一下三極管的工作原理,三極管是電流放大器件,有三個(gè)極,分別叫做集電極C,基極B,發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發(fā)射極放大電路為例來(lái)說(shuō)明一下三極管放大電路的基本原理。
我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的,所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來(lái)表示電流的方向。三極管的放大作用就是:集電極電流受基極電流的控制(假設(shè)電源 能夠提供給集電極足夠大的電流的話),并且基極電流很小的變化,會(huì)引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關(guān)系:集電極電流的變化量是基極電流變 化量的β倍,即電流變化被放大了β倍,所以我們把β叫做三極管的放大倍數(shù)(β一般遠(yuǎn)大于1,例如幾十,幾百)。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射 極之間,這就會(huì)引起基極電流Ib的變化,Ib的變化被放大后,導(dǎo)致了Ic很大的變化。三極管是電流控制型器件。
MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導(dǎo)體(semiconductor)場(chǎng)效應(yīng)晶體管?;蛘叻Q是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的源(source)和漏(drain)是可以對(duì)調(diào)的,他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù) 情況下,這個(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的,即使兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對(duì)稱的。
當(dāng)MOS電容的柵極(Gate)相對(duì)于襯底(BACKGATE)正偏置時(shí)發(fā)生的情況。穿過(guò)GATE DIELECTRIC的電場(chǎng)加強(qiáng)了,有更多的電子從襯底被拉了上來(lái)。同時(shí),空穴被排斥出表面。隨著GATE電壓的升高,會(huì)出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。 由于過(guò)剩的電子,硅表層看上去就像N型硅。摻雜極性的反轉(zhuǎn)被稱為inversion,反轉(zhuǎn)的硅層叫做溝道(channel)。隨著GATE電壓的持續(xù)不斷 升高,越來(lái)越多的電子在表面積累,channel變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。Channel形成時(shí)的電壓被稱為閾值電壓Vt。當(dāng)GATE和BACKGATE之間的電壓 差小于閾值電壓時(shí),不會(huì)形成channel。所以MOS是電壓控制型器件。
場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管集成在一塊硅片上,因此場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。
場(chǎng)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)用于開關(guān)電源及各種電子設(shè)備中。尤其用場(chǎng)效管做開關(guān)電源的功率驅(qū)動(dòng),可以獲得一般晶體管很難達(dá)到的性能。
場(chǎng)效應(yīng)管分成結(jié)型和絕緣柵型兩大類,其控制原理都是一樣的。
三極管BJT與場(chǎng)效應(yīng)管FET的區(qū)別很多,簡(jiǎn)單列出幾條:
三極管用電流控制,MOS管屬于電壓控制,BJT放大電流,F(xiàn)ET將柵極電壓轉(zhuǎn)換為漏極電流。BJT第一參數(shù)是電流放大倍數(shù)β值,F(xiàn)ET第一參數(shù)是跨導(dǎo)gm;
驅(qū)動(dòng)能力:MOS管常用來(lái)電源開關(guān)管,以及大電流地方開關(guān)電路;
成本問題:三極管便宜,MOS管貴;
BJT線性較差,F(xiàn)ET線性較好;
BJT噪聲較大,F(xiàn)ET噪聲較??;
BJT極性只有NPN和PNP兩類,F(xiàn)ET極性有N溝道、P溝道,還有耗盡型和增強(qiáng)型,所以FET選型和使用都比較復(fù)雜;
功耗問題:BJT輸入電阻小,消耗電流大,F(xiàn)ET輸入電阻很大,幾乎不消耗電流;
所以實(shí)際上,三極管與MOS管相比,價(jià)格便宜且使用方便,在應(yīng)用方面,數(shù)字電路上更偏向使用三極管,而MOS管更偏向在高頻高速的電路中使用,適合大電流的場(chǎng)合,對(duì)基極或漏極控制電流比較敏感的地方也同樣適用
實(shí)際上就是三極管比較便宜,用起來(lái)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(chǎng)合,以及對(duì)基極或漏極控制電流比較敏感的地方。從目前的趨勢(shì)來(lái)看,不管是在分立元件還是集成電路當(dāng)中,MOS替代三極管將很有可能成為一種趨勢(shì)。
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