在电子电路设计中,三极管和 MOS 管是两种非常重要的半导体器件,它们在功能和应用上既有相似之处,又存在显著差异。了解它们的区别以及如何根据具体需求选择合适的器件,对于电路设计的成功至关重要。
三极管,全称应为半导体三极管,也称双极型晶体管、晶体三极管,是一种控制电流的半导体器件。它的主要作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,同时也可用作无触点开关。晶体三极管是半导体基本元器件之一,具有电流放大作用,是电子电路的元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结,两个 PN 结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,可分为 PNP 和 NPN 两种类型。
场效应晶体管(Field Effect Transistor 缩写 (FET))简称场效应管。主要有两种类型:结型场效应管(junction FET—JFET)和金属 - 氧化物半导体场效应管(metal - oxide semiconductor FET,简称 MOS - FET)。场效应管由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。场效应管是利用控制输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极型晶体管。
那么,在实际应用中,应该选用 MOS 管还是三极管呢?以下是一些关键的对比和选择建议:
- 控制方式:场效应管是电压控制元件,而三极管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下,应选用场效应管;而在信号电压较低,又允许从信号源取较多电流的条件下,应选用三极管。例如,在一些对信号源电流要求严格的精密电路中,场效应管更为合适;而在一些对信号源电流要求不高的普通放大电路中,三极管可以发挥其优势。
- 载流子类型:场效应管是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件,而三极管是即有多数载流子,也利用少数载流子导电,被称之为双极型器件。这种载流子类型的差异导致了它们在性能和应用上的不同特点。
- 灵活性:有些场效应管的源极和漏极可以互换使用,栅压也可正可负,灵活性比三极管好。这使得场效应管在一些需要灵活配置的电路中具有更大的优势。
- 工作条件和集成性:场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作,而且它的制造工艺可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上,因此场效应管在大规模集成电路中得到了广泛的应用。例如,在现代的计算机芯片中,大量使用了场效应管来实现各种复杂的功能。
- 性能特点:场效应晶体管具有较高输入阻抗和低噪声等优点,因而也被广泛应用于各种电子设备中。尤其用场效管做整个电子设备的输入级,可以获得一般三极管很难达到的性能。例如,在一些高保真音频设备中,场效应管可以提供更好的音质。
- 成本和应用场景:三极管比较便宜,用起来方便,常用在数字电路开关控制。而场效应晶体管相对较贵。同时,三极管损耗大,场效应晶体管损耗较小。场效应晶体管常用来电源开关,以及大电流地方开关电路。MOS 管用于高频高速电路,大电流场合,以及对基极或漏极控制电流比较敏感的地方。一般来说,在低成本场合,普通应用的先考虑用三极管,不行的话再考虑场效应晶体管。