開關電源設計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。

　　三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（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一般遠大于1，例如幾十，幾百）。如果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）—半導體（semiconductor）場效應晶體管?；蛘叻Q是金屬—絕緣體（insulator）—半導體。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)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。

　　當MOS電容的柵極（Gate）相對于襯底（BACKGATE）正偏置時發(fā)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(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變成了強反轉(zhuǎn)。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是電壓控制型器件。

　?。?）場效應管是電壓控制元件，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。

　?。?）場效應管是利用多數(shù)載流子導電，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。

　?。?）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(guī)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(yōu)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(qū)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(jié)型和絕緣柵型兩大類，其控制原理都是一樣的。

　　三極管BJT與場效應管FET的區(qū)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gm;

　　2.驅(qū)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，F(xiàn)ET線性較好；

　　5.BJT噪聲較大，F(xiàn)ET噪聲較??；

　　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，F(xiàn)ET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(shù)字電路開關控制；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。