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場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的比較
場(chǎng)效應(yīng)管(FET)的三個(gè)腳命名為:柵極、源極、漏極。場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管)兩大類。而MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型;p溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。
三極管(BJT)的三個(gè)腳分別命名為:基極(B)、集電極、發(fā)射極(C)。
其中集電極和源極是接地的,基極和柵極是控制極。
場(chǎng)效應(yīng)管是在三極管的基礎(chǔ)上而開發(fā)出來(lái)的。三極管通過(guò)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(guò)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(méi)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(FieldEffectTransistor,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(méi)有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挕⑹軠囟群洼椛溆绊懶〉葍?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(wú)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)。
場(chǎng)效應(yīng)管與三極管的比較
1.場(chǎng)效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極E、基極B、集電極C,它們的作用相似。
2.場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制電流器件,由VGS控制iD,其放大系數(shù)gm一般較小,因此場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力較差;三極管是電流控制電流器件,由iB(或iE)控制iC。驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。
3.場(chǎng)效應(yīng)管柵極幾乎不取電流(ig》》0);而三極管工作時(shí)基極總要吸取一定的電流。因此場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻比三極管的輸入電阻高。
4.場(chǎng)效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電;三極管有多子和少子兩種載流子參與導(dǎo)電,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)。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。
5.場(chǎng)效應(yīng)管在源極未與襯底連在一起時(shí),源極和漏極可以互換使用,且特性變化不大;而三極管的集電極與發(fā)射極互換使用時(shí),其特性差異很大,b
值將減小很多。
6.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。
7.場(chǎng)效應(yīng)管和三極管均可組成各種放大電路和開關(guān)電路,但由于前者制造工藝簡(jiǎn)單,且具有耗電少,熱穩(wěn)定性好,工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn),因而被廣泛用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。
總起來(lái)說(shuō),在設(shè)計(jì)場(chǎng)效應(yīng)管電路時(shí)需要考慮的更多,比如由于其輸入阻抗高,就必須要考慮電路的抗干擾性能,正是因?yàn)檩斎胱杩固咚孕⌒〉囊稽c(diǎn)干擾即可造成mos管的一個(gè)動(dòng)作,還有就是場(chǎng)效應(yīng)管無(wú)法做到像三極管那么高的電壓,當(dāng)然現(xiàn)在的三極管和場(chǎng)效應(yīng)管復(fù)合型器件IGBT已經(jīng)能做到很高的電壓了,mos管由于其特性比較適合做開關(guān)用,在低功耗產(chǎn)品中比三極管有優(yōu)勢(shì)。
工作原理
1.三極管,是電流驅(qū)動(dòng),需要消耗基極電流。所以三極管的放大系數(shù)通過(guò)Ic/Ib得到,就是說(shuō)三極管的放大功能通過(guò)基極的電流實(shí)現(xiàn)的。
2.場(chǎng)效應(yīng)管,是電壓驅(qū)動(dòng),柵極不導(dǎo)通,沒(méi)有電流經(jīng)過(guò),不消耗電流。它通過(guò)電壓使得效應(yīng)管能電子聚集起來(lái),形成一條電子通道,然后漏極和源極被導(dǎo)通。所以,場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)導(dǎo)通電子隧道,實(shí)現(xiàn)放大功能的。柵極的電壓越高,導(dǎo)通的電流越大,但同時(shí)柵極不消耗電流。
通過(guò)上面的對(duì)比,總結(jié)下場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)缺點(diǎn):
優(yōu)點(diǎn)是電流消耗相對(duì)少,導(dǎo)通速度快(只要加上電壓,就導(dǎo)通,比三極管通過(guò)形成電流導(dǎo)通的方式快)。
缺點(diǎn)是容易被靜電擊穿。
應(yīng)用場(chǎng)景
場(chǎng)效應(yīng)管一般比較貴,該技術(shù)使用在內(nèi)存上,例如EpROM,F(xiàn)LASH都是用場(chǎng)效應(yīng)管保存數(shù)據(jù)。
Flash的硬件實(shí)現(xiàn)機(jī)制
Flash的內(nèi)部存儲(chǔ)是MOSFET,里面有個(gè)懸浮門(FloatingGate),是真正存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的單元。
在Flash之前,紫外線可擦除(uv-erasable)的EpROM,就已經(jīng)采用了FloaTIngGate存儲(chǔ)數(shù)據(jù)這一技術(shù)了。
圖1.1.典型的Flash內(nèi)存單元的物理結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)在Flash內(nèi)存單元中是以電荷(electricalcharge)形式存儲(chǔ)的。存儲(chǔ)電荷的多少,取決于圖中的外部門(externalgate)所被施加的電壓,其控制了是向存儲(chǔ)單元中沖入電荷還是使其釋放電荷。而數(shù)據(jù)的表示,以所存儲(chǔ)的電荷的電壓是否超過(guò)一個(gè)特定的閾值Vth來(lái)表示,因此,F(xiàn)lash的存儲(chǔ)單元的默認(rèn)值,不是0(其他常見的存儲(chǔ)設(shè)備,比如硬盤燈,默認(rèn)值為0),而是1,而如果將電荷釋放掉,電壓降低到一定程度,表述數(shù)字0。