在電子電路設(shè)計(jì)中,三極管和 MOS 管是兩種非常重要的半導(dǎo)體器件,它們?cè)诠δ芎蛻?yīng)用上既有相似之處,又存在顯著差異。了解它們的區(qū)別以及如何根據(jù)具體需求選擇合適的器件,對(duì)于電路設(shè)計(jì)的成功至關(guān)重要。
三極管,全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管,也稱雙極型晶體管、晶體三極管,是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。它的主要作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào),同時(shí)也可用作無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一,具有電流放大作用,是電子電路的元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的 PN 結(jié),兩個(gè) PN 結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分,中間部分是基區(qū),兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū),可分為 PNP 和 NPN 兩種類型。
場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor 縮寫 (FET))簡(jiǎn)稱場(chǎng)效應(yīng)管。主要有兩種類型:結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(metal - oxide semiconductor FET,簡(jiǎn)稱 MOS - FET)。場(chǎng)效應(yīng)管由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件,具有輸入電阻高、噪聲小、功耗低、動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。場(chǎng)效應(yīng)管是利用控制輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件,并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。
那么,在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)該選用 MOS 管還是三極管呢?以下是一些關(guān)鍵的對(duì)比和選擇建議:
- 控制方式:場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件,而三極管是電流控制元件。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)選用三極管。例如,在一些對(duì)信號(hào)源電流要求嚴(yán)格的精密電路中,場(chǎng)效應(yīng)管更為合適;而在一些對(duì)信號(hào)源電流要求不高的普通放大電路中,三極管可以發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
- 載流子類型: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,而三極管是即有多數(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。這種載流子類型的差異導(dǎo)致了它們?cè)谛阅芎蛻?yīng)用上的不同特點(diǎn)。
- 靈活性: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),靈活性比三極管好。這使得場(chǎng)效應(yīng)管在一些需要靈活配置的電路中具有更大的優(yōu)勢(shì)。
- 工作條件和集成性: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。例如,在現(xiàn)代的計(jì)算機(jī)芯片中,大量使用了場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的功能。
- 性能特點(diǎn):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)用于各種電子設(shè)備中。尤其用場(chǎng)效管做整個(gè)電子設(shè)備的輸入級(jí),可以獲得一般三極管很難達(dá)到的性能。例如,在一些高保真音頻設(shè)備中,場(chǎng)效應(yīng)管可以提供更好的音質(zhì)。
- 成本和應(yīng)用場(chǎng)景: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。而場(chǎng)效應(yīng)晶體管相對(duì)較貴。同時(shí),三極管損耗大,場(chǎng)效應(yīng)晶體管損耗較小。場(chǎng)效應(yīng)晶體管常用來(lái)電源開關(guān),以及大電流地方開關(guān)電路。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。一般來(lái)說(shuō),在低成本場(chǎng)合,普通應(yīng)用的先考慮用三極管,不行的話再考慮場(chǎng)效應(yīng)晶體管。