開關(guān)電源設(shè)計(jì)中如何選用三極管和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說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上就用了一個箭頭來表示電流的方向。

三極管的放大用途就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源能夠供應(yīng)給集電極足夠大的電流的話），并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(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）。假如我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流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）場效應(yīng)晶體管。或者稱是金屬—絕緣體（insulator）—半導(dǎo)體。MOS管的源（source）和漏（drain）是可以對調(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，這個兩個區(qū)是相同的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對稱的。

當(dāng)MOS電容的柵極（Gate）相關(guān)于襯底（BACKGATE）正偏置時發(fā)生的情況。穿過GATEDIELECTRIC的電場加強(qiáng)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電壓的升高，會出現(xiàn)表面的電子比空穴多的情況。由于過剩的電子，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，越來越多的電子在表面積累，channel變成了強(qiáng)反轉(zhuǎn)。Channel形成時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，不會形成channel。所以MOS是電壓控制型器件。

（1）場效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應(yīng)選用場效應(yīng)管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件

下，應(yīng)選用晶體管。

（2）場效應(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效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(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。尤其用場效管做開關(guān)電源的功率驅(qū)動，可以獲得一般晶體管很難達(dá)到的性能。

（6）場效應(yīng)管分成結(jié)型和絕緣柵型兩大類，其控制原理都是相同的。

三極管BJT與場效應(yīng)管FET的差別，簡單列出幾條：

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)動能力：MOS管常用來電源開關(guān)管，以及大電流地方開關(guān)電路；

3.成本問題：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，大電流場合，以及對基極或漏極控制電流比較敏感的地方。

綜上可知，無論在分立元件電路還是集成電路中，F(xiàn)ET替代BJT都是一個大趨勢。