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三極管的詳細(xì)分析
場(chǎng)效應(yīng)管是在三極管的基礎(chǔ)上而開發(fā)出來的。三極管通過電流的大小控制輸出,輸入要消耗功率。場(chǎng)效應(yīng)管是通過輸入電壓控制輸出,不消耗功率。場(chǎng)效應(yīng)管和三極管的區(qū)別是電壓和電流控制,但這都是相對(duì)的。電壓控制的也需要電流,電流控制的也需要電壓,只是相對(duì)要小而已。就其性能而言,場(chǎng)效應(yīng)管要明顯優(yōu)于普通三極管,不管是頻率還是散熱要求,只要電路設(shè)計(jì)合理,采用場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)明顯提升整體性能。
1、三極管是雙極型管子,即管子工作時(shí)內(nèi)部由空穴和自由電子兩種載流子參與。場(chǎng)效應(yīng)管是單極型管子,即管子工作時(shí)要么只有空穴,要么只有自由電子參與導(dǎo)電,只有一種載流子;
2、三極管屬于電流控制器件,有輸入電流才會(huì)有輸出電流;場(chǎng)效應(yīng)管屬于電壓控制器件,沒有輸入電流也會(huì)有輸出電流;
3、三極管輸入阻抗小,場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗大;
4、有些場(chǎng)效應(yīng)管源極和漏極可以互換,三極管集電極和發(fā)射極不可以互換;
5、場(chǎng)效應(yīng)管的頻率特性不如三極管;
6、場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)小,適用于低噪聲放大器的前置級(jí);
7、如果希望信號(hào)源電流小應(yīng)該選用場(chǎng)效應(yīng)管,反之則選用三極管更為合適。
場(chǎng)效應(yīng)管是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor,F(xiàn)ET)的簡(jiǎn)稱。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、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?、受溫度和輻射影響小等?yōu)點(diǎn),特別適用于高靈敏度和低噪聲的電路,現(xiàn)已成為普通晶體管的強(qiáng)大競(jìng)爭(zhēng)者。普通晶體管(三極管)是一種電流控制元件,工作時(shí),多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行,所以被稱為雙極型晶體管;而場(chǎng)效應(yīng)管(FET)是一種電壓控制器件(改變其柵源電壓就可以改變其漏極電流),工作時(shí),只有一種載流子參與導(dǎo)電,因此它是單極型晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管和三極管一樣都能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的控制和放大,但由于他們構(gòu)造和工作原理截然不同,所以二者的差異很大。在某些特殊應(yīng)用方面,場(chǎng)效應(yīng)管優(yōu)于三極管,是三極管無法替代的,三極管與場(chǎng)效應(yīng)管區(qū)別見下表。
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)源電壓較低,又允許從信號(hào)源取較多電流的條件下,應(yīng)用三極管。場(chǎng)效應(yīng)管靠多子導(dǎo)電,管中運(yùn)動(dòng)的只是一種極性的載流子;三極管既用多子,又利用少子。由于多子濃度不易受外因的影響,因此在環(huán)境變化較強(qiáng)烈的場(chǎng)合,采用場(chǎng)效應(yīng)管比較合適。場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻高,適用于高輸入電阻的場(chǎng)合。場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)小,適用于低噪聲放大器的前置級(jí)。
1、普通三極管參與導(dǎo)電的,既有多數(shù)載流子,又有少數(shù)載流子,故稱為雙極型三極管;而在場(chǎng)效應(yīng)管中只是多子參與導(dǎo)電,故又稱為單極型三極管。因少子濃度受溫度、輻射等因素影響較大,所以場(chǎng)效應(yīng)管比三極管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲系數(shù)很小。在環(huán)境條件(溫度等)變化很大的情況下應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。
2、三極管是電流控制器件,通過控制基極電流到達(dá)控制輸出電流的目的。因此,基極總有一定的電流,故三極管的輸人電阻較低;場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件,其輸出電流決定于柵源極之間的電壓,柵極基本上不取電流,因此,它的輸入電阻很高,可達(dá)109~1014Ω。高輸入電阻是場(chǎng)效應(yīng)管的突出優(yōu)點(diǎn)。
3、場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換(某些),耗盡型絕緣柵管的柵極電壓可正可負(fù),靈活性比三極管強(qiáng)。但要注意,分立的場(chǎng)效應(yīng)管,有時(shí)已經(jīng)將襯底和源極在管內(nèi)短接,源極和漏極就不能互換使用了。
4、場(chǎng)效應(yīng)管和三極管都可以用于放大或作可控開關(guān)。但場(chǎng)效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用,可以在微電流、低電壓條件下工作,具有功耗低,熱穩(wěn)定性好,容易解決散熱問題,工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn),且制作工藝簡(jiǎn)單,易于集成化生產(chǎn),因此在目前的大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中,MOS管占主要地位。
5、MOS管具有很低的級(jí)間反饋電容,一般為5—10pF,而三極管的集電結(jié)電容一般為20pF左右。
6、場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路的電壓放大系數(shù)要小于三極管組成放大電路的電壓放大系數(shù)。
7、由于MOS觀的柵源極之間的絕緣層很薄,極間電容很小,而柵源極之間電阻又很大,帶電物體靠近柵極時(shí),柵極上感應(yīng)少量電荷產(chǎn)生很高的電壓,就很難放掉,以至于柵源極之間的絕緣層擊穿,造成 性損壞。因此管子存放時(shí),應(yīng)使柵極與源極短接,避免柵極懸空。尤其是焊接MOS管時(shí),電烙鐵外殼要良好接地。
8、BJT是利用小電流的變化控制大電流的變化;JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制,來改變導(dǎo)電溝道的寬窄,從而控制漏極電流的大小;MOSEFET是利用柵源電壓的大小,來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少,從而控制漏極電流的大小。
9、場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小,在低噪聲放大電路的輸入級(jí)及要求信噪比較高的電路中要選用場(chǎng)效應(yīng)管。
10、三極管導(dǎo)通電阻大,場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通電阻小,只有幾百毫歐姆,在現(xiàn)在的用電器件上,一般都用場(chǎng)效應(yīng)管做開關(guān)來用,他的效率是比較高的。
11、場(chǎng)效應(yīng)管G極必須有一個(gè)對(duì)地的放電電阻,不然上電就燒,而三極管基極不需要
12、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。
一般說來,雙極性三極管不能直接代替MOS管,這是因?yàn)樗鼈兊目刂铺匦圆灰籑OS管是電壓控制的器件,而雙極性三極管是電流控制的器件。場(chǎng)效應(yīng)管的控制電路是電壓型的,雙極性三極管不能直接代換場(chǎng)效應(yīng)管的,原驅(qū)動(dòng)MOS管的電路由于驅(qū)動(dòng)電流太小,不足于驅(qū)動(dòng)雙極性三極。要想用原電路驅(qū)動(dòng)雙極性三極管,必須要在雙極性三極管之前加裝電流放大裝置。基于這個(gè)思想,在雙極性三極管之前加裝電流放大器,把電壓驅(qū)動(dòng)改為了電流驅(qū)動(dòng),即可代換成功。