怎麼選擇三極體和場效應管,看這篇就夠了

2020-11-26 電子產品世界

隨著電子設備升級換代的速度，大家對於電子設備性能的標準也愈來愈高，在某些電子設備的電路設計與研發中，不僅是開關電源電路中，也有在攜帶式電子設備的電路中都是會運用到性能更好的電子元器件——場效應電晶體，因此正確挑選場效應電晶體是硬體工程師常常碰到的難點之一，也是極其重要的一個環節，場效應電晶體的挑選，有可能直接影響到一整塊集成運放的速率和製造費，挑選場效應電晶體，可以從下列六大技巧下手。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201906/401877.htm

1.溝道類型

挑選好場效應電晶體電子元件的第一步是取決選用N溝道或是P溝道場效應電晶體。在典型的功率使用中，當1個場效應電晶體接地，而負載接入到幹線電壓上時，該場效應電晶體就組成了低壓側開關。在低壓側開關中，應選用N溝道場效應電晶體，它是出自於對關閉或導通電子元件所要電壓的考慮。當場效應電晶體接入到總線及負載接地時，就需要用高壓側開關。一般會在這一拓撲中選用P溝道場效應電晶體，這又是出於對電壓驅動的考慮。

2.額定電壓

明確需用的額定電壓，或是電子元件能夠承載的最高電壓。額定電壓越大，電子元件的成本就越高。按照實踐證明，額定電壓應該高於幹線電壓或總線電壓。這樣才可以提供足夠的保護，使場效應電晶體不會失靈。

就挑選場效應電晶體來講，務必明確漏極至源極間將會承載的最高電壓，即最大VDS。了解場效應電晶體能承載的最高電壓會隨溫度而變動這點非常關鍵。我們須在整個操作溫度範圍內檢測電壓的變動範圍。額定電壓一定要有足夠的餘量覆蓋這一變動範圍，保障電路不會無效。需要考慮的其它安全因素包含由開關電子產品（如電機或變壓器）引起的電壓瞬變。不同使用的額定電壓也各有不同；一般來說，可攜式設備為20V、FPGA電源為20～30V、85～220VAC應用為450～600V。

3.額定電流

該額定電流應是負載在全部狀態下可以承載的最高電流。與電壓的情形類似，保證選定的場效應電晶體能經受這一額定電流，即便在系統造成尖峰電流時。2個考慮的電流情形是持續模式和脈衝尖峰。在持續導通模式下，場效應電晶體處在穩態，這時電流持續通過電子元件。脈衝尖峰指的是有大量電湧（或尖峰電流）流經電子元件。一旦明確了這些條件下的最高電流，只需直接挑選能承載這個最高電流的電子元件便可。

4.導通損耗

在實際情況下，場效應電晶體並不一定是理想的電子元件，歸因於在導電過程中會有電能消耗，這叫做導通損耗。場效應電晶體在「導通」時好比一個可變電阻，由電子元件的RDS（ON）所確認，並隨溫度而明顯變動。電子元件的功率損耗可由Iload2×RDS（ON）估算，因為導通電阻隨溫度變動，因而功率損耗也會隨著按佔比變動。對場效應電晶體施加的電壓VGS越高，RDS（ON）就會越小；反之RDS（ON）就會越高。注意RDS（ON）電阻會隨著電流輕微升高。關於RDS（ON）電阻的各類電氣叄數變動可在生產商出示的技術資料表裡得知。

5.系統散熱

須考慮二種不一樣的情況，即最壞情況和具體情況。提議選用針對最壞情況的計算結果，由於這一結論提供更大的安全餘量，能確保系統不易失靈。在場效應電晶體的材料表上還有一些必須留意的測量數據；電子元件的結溫相當於最大環境溫度再加熱阻與功率耗散的乘積（結溫=最大環境溫度+［熱阻×功率耗散］）。依據這個式子可解出系統的最大功率損耗，即按定義相當於I2×RDS（ON）。我們已即將通過電子元件的最大電流，能夠估算出不同溫度下的RDS（ON）。此外，也要搞好電路板以及場效應電晶體的散熱。

雪崩擊穿指的是半導體器件上的反向電壓超出最高值，並產生強電場使電子元件內電流增加。晶片尺寸的增加會增強抗雪崩能力，最後提高電子元件的穩健性。因而挑選更大的封裝件能夠有效避免雪崩。

6.開關性能

影響開關性能的叄數有好多，但最關鍵的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容。這些電容會在電子元件中產生開關損耗，因為在每一次開關時都要對它們充電。場效應電晶體的開關速度因而被減少，電子元件效率也降低。為計算開關過程中電子元件的總耗損，要計算開通過程中的耗損（Eon）和關閉過程中的耗損（Eoff）。場效應電晶體開關的總功率可用如下方程表達：Psw=（Eon+Eoff）×開關頻率。而柵極電荷（Qgd）對開關性能的影響最大。

晶體三極體選用技巧

必須了解電晶體的類型和材料，常用的有NPN和PNP兩種，這兩種管工作時對電壓的極性要求不同，所以是這兩種電晶體是不能互相替換的。三極體額材料有鍺材料和矽材料，它們之前最大的差異就是其實電壓不一樣。在放大電路中，假如使用同類型的鍺管代替同類型的矽管，反之替換，一般都是可以的，但都要在基極偏置電壓上進行必要的調整。因為他們的起始電壓不一樣，但是在脈衝電路和開關電路中不同材料的三極體是否能互換必須進行具體的分析，切不可盲目代換。

選取場效應管只要三步：

●選擇須合適的勾道（N溝道還是P溝道）

●確定場效應管的額定電流，選好額定電流以後，還需計算導通損耗。

●確定熱要求，設計人員在設計時必須考慮到最壞和真實兩種情況。一般建議採用針對最壞的結果計算，因為這個結果提供更大的安全餘量，能夠確保系統不會失效。

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    本文將介紹另一種三極體，這種三極體只有一種載流子參與導電，所以也稱為單極型三極體，因為這種管子是利用電場效應控制電流的，所以也叫場效應三極體（FET），簡稱場效應管。 場效應管可以分成兩大類，一類是結型場效應管（JFET），另一類是絕緣柵場效應管（MOSFET）。
  • 三極體和MOS管工作原理詳解
    本文連結：https://blog.csdn.net/techexchangeischeap/article/details/71430330PN結原理PN結的形成PN結是三極體以及場效應管中最基本的組成部分，要想徹底搞明白三極體以及場效應管的工作原理，必須先搞清楚PN結形成的原理和工作特性。
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    場效應管放大電路最突出的優點是，共源、共漏和共柵電路的輸入電阻高於相應的共射、共集和共基電路的輸入電阻。此外，場效應管還有噪聲低、溫度穩定性好、抗輻射能力強等優於三極體的特點，而且便於集成。必須指出，由於場效應管的低頻跨導一般比較小，所以場效應管的放大能力比三極體差，如共源電路的電壓增益往往小於共射電路的電壓增益。