簡(jiǎn)談三極管和MOS管在開關(guān)電源中的應(yīng)用

　在做開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中，如何區(qū)別及選用三極管和MOS管?

　　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。

　　(1)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。

　　(2)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。

　　(3)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。

　　(4)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。

　　(5)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。

　　(6)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：

　　1.三極管用電流控制，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;

　　2.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;

　　3.成本問(wèn)題：三極管便宜，MOS管貴;

　　4.BJT線性較差，F(xiàn)ET線性較好;

　　5.BJT噪聲較大，F(xiàn)ET噪聲較小;

　　6.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;

　　7.功耗問(wèn)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;

　　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。

　　總的看，無(wú)論在分立元件電路還是集成電路中，F(xiàn)ET替代BJT都是一個(gè)大趨勢(shì)。