開關電源設計中如何區別及選用三極體和MOS管

2021-03-03 20:27:27 字數 1892 閱讀 5377

三極體的工作原理:三極體是電流放大器件,有三個極,分別叫做集電極c,基極b,發射極e。分成npn和pnp兩種。

我們僅以npn三極體的共發射極放大電路為例來說明一下三極體放大電路的基本原理。

我們把從基極b流至發射極e的電流叫做基極電流ib;把從集電極c流至發射極e的電流叫做集電極電流 ic。這兩個電流的方向都是流出發射極的,所以發射極e上就用了乙個箭頭來表示電流的方向。三極體的放大作用就是:

集電極電流受基極電流的控制(假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話),並且基極電流很小的變化,會引起集電極電流很大的變化,且變化滿足一定的比例關係: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叫做三極體的放大倍數(β一般遠大於1,例如幾十,幾百)。如果我們將乙個變化的小訊號加到基極跟發射極之間,這就會引起基極電流ib的變化,ib的變化被放大後,導致了ic很大的變化。

三極體是電流控制型器件。

mos管是金屬(metal)—氧化物(oxid)—半導體(semiconductor)場效應電晶體。或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導體。mos管的源(source)和漏(drain)是可以對調的,他們都是在p型backgate中形成的n型區。

在多數情況下,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的效能。這樣的器件被認為是對稱的。

當mos電容的柵極(gate)相對於襯底(backgate)正偏置時發生的情況。穿過gate dielectric的電場加強了,有更多的電子從襯底被拉了上來。同時,空穴被排斥出表面。

隨著gate電壓的公升高,會出現表面的電子比空穴多的情況。由於過剩的電子,矽表層看上去就像n型矽。摻雜極性的反轉被稱為inversion,反轉的矽層叫做溝道(channel)。

隨著gate電壓的持續不斷公升高,越來越多的電子在表面積累,channel變成了強反轉。channel形成時的電壓被稱為閾值電壓vt。當gate和backgate之間的電壓差小於閾值電壓時,不會形成channel。

所以mos是電壓控制型器件。

(1)場效電晶體是電壓控制項,而電晶體是電流控制項。在只允許從訊號源取較少電流的情況下,應選用場效電晶體;而在訊號電壓較低,又允許從訊號源取較多電流的條件下,應選用電晶體。

(2)場效電晶體是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而電晶體是即有多數載流子,也利用少數載流子導電。被稱之為雙極型器件。

(3)有些場效電晶體的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比電晶體好。

(4)場效電晶體能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的製造工藝可以很方便地把很多場效電晶體整合在一塊矽片上,因此場效電晶體在大規模積體電路中得到了廣泛的應用。

(5)場效應電晶體具有較高輸入阻抗和低雜訊等優點,因而也被廣泛應用於開關電源及各種電子裝置中。尤其用場效管做開關電源的功率驅動,可以獲得一般電晶體很難達到的效能。

(6)場效電晶體分成結型和絕緣柵型兩大類,其控制原理都是一樣的。

三極體bjt與場效電晶體fet的區別很多,簡單列出幾條:

1.三極體用電流控制,mos管屬於電壓控制,bjt放大電流,fet將柵極電壓轉換為漏極電流。bjt第一引數是電流放大倍數β值,fet第一引數是跨導gm;

2.驅動能力:mos管常用來電源開關管,以及大電流地方開關電路;

3.成本問題:三極體便宜,mos管貴;

4.bjt線性較差,fet線性較好;

5.bjt雜訊較大,fet雜訊較小;

6.bjt極性只有npn和pnp兩類,fet極性有n溝道、p溝道,還有耗盡型和增強型,所以fet選型和使用都比較複雜;

7.功耗問題:bjt輸入電阻小,消耗電流大,fet輸入電阻很大,幾乎不消耗電流;

實際上就是三極體比較便宜,用起來方便,常用在數位電路開關控制;mos管用於高頻高速電路,大電流場合,以及對基極或漏極控制電流比較敏感的地方。

總的看,無論在分立元件電路還是積體電路中,fet替代bjt都是乙個大趨勢。

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