簡談三極管和MOS管在開關電源中的應用

在做開關電源電路設計中，簡談三極管和MOS管在開關電源中的應用
　　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,發射極E.分成NPN和PNP兩種。我們僅以NPN三極管的共發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流至發射極E的電流叫做基極電流Ib;把從集電極C流至發射極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射極的，所以發射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的操控（假設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換，會引起集電極電流很大的變換，且變換滿足一定的比例關系：集電極電流的變換量是基極電流變換量的β倍，即電流變換被放大了β倍，所以我們把β叫做三極管的放大倍數（β一般遠大于1,例如幾十，幾百）。如果我們將一個變換的小信號加到基極跟發射極之間，這就會引起基極電流Ib的變換，Ib的變換被放大后，導致了Ic很大的變換。三極管是電流操控型器件。
　　 Mos管是金屬（metal）-氧化物（oxid）-半導體（semiconductor）場效應晶體管。或者稱是金屬-絕緣體（insulator）-半導體。MOS管的源（source）和漏（drain）是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個兩個區是一樣的，即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。
　　當MOS電容的柵極（Gate）相對于襯底（BACKGATE）正偏置時發生的情況。穿過GATE DIELECTRIC的電場加強了，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。摻雜極性的反轉被稱為inversion,反轉的硅層叫做溝道（channel）。隨著GATE電壓的持續不斷升高，越來越多的電子在表面積累，channel變成了強反轉。Channel形成時的電壓被稱為閾值電壓Vt.當GATE和BACKGATE之間的電壓差小于閾值電壓時，不會形成channel.所以MOS是電壓操控型器件。
　　（1）場效應管是電壓操控元件，而晶體管是電流操控元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下，應選用場效應管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應選用晶體管。
　　（2）場效應管是利用多數載流子導電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是即有多數載流子，也利用少數載流子導電。被稱之為雙極型器件。
　　（3）有些場效應管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負，靈活性比晶體管好。
　　（4）場效應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管集成在一塊硅片上，因此場效應管在大規模集成電路中得到了廣泛的應用。
　　（5）場效應晶體管具有較高輸入阻抗和低噪聲等優點，因而也被廣泛應用于開關電源及各種電子設備中。尤其用場效管做開關電源的功率驅動，可以獲得一般晶體管很難達到的性能。
　　（6）場效應管分成結型和絕緣柵型兩大類，其操控原理都是一樣的。
　　三極管BJT與場效應管FET的區別很多，簡單列出幾條：
　　1.三極管用電流操控，MOS管屬于電壓操控，BJT放大電流，FET將柵極電壓轉換為漏極電流。BJT**參數是電流放大倍數β值，FET**參數是跨導gm;
　　2.驅動能力：MOS管常用來電源開關管，以及大電流地方開關電路；
　　3.成本問題：三極管便宜， MOS管貴；
　　4.BJT線性較差，FET線性較好；
　　5.BJT噪聲較大，FET噪聲較小；
　　6.BJT極性只有NPN和PNP兩類，FET極性有N溝道、P溝道，還有耗盡型和增強型，所以FET選型和使用都比較復雜；
　　7.功耗問題：BJT輸入電阻小，消耗電流大，FET輸入電阻很大，幾乎不消耗電流；
　　實際上就是三極管比較便宜，用起來方便，常用在數字電路開關操控；MOS管用于高頻高速電路，大電流場合，以及對基極或漏極操控電流比較敏感的地方。

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