場效應(yīng)管是在三極管的基礎(chǔ)上而開發(fā)出來的。三極管通過電流的大小控制輸出,輸入要消耗功率。場效應(yīng)管是通過輸入電壓控制輸出,不消耗功率。
場效應(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,采用場效應(yīng)管會(huì)明顯提升整體性能。
簡單講一下場效應(yīng)管和三極管的區(qū)別
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; 場效應(yīng)管屬于電壓控制器件,沒有輸入電流也會(huì)有輸出電流;
3、三極管輸入阻抗小,場效應(yīng)管輸入阻抗大;
4、有些場效應(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、場效應(yīng)管的頻率特性不如三極管;
6、場效應(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)該選用場效應(yīng)管,反之則選用三極管更為合適。
場效應(yīng)管是場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor,F(xiàn)ET)的簡稱。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)大競爭者。
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,場效應(yīng)管優(yōu)于三極管,是三極管無法替代的,三極管與場效應(yīng)管區(qū)別見下表。
晶體三極管與場效應(yīng)管的識(shí)別檢測
[1] 晶體三極管通常簡稱為晶體管或三極管,是一種具有兩個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。晶體三極管是電子電路中的核心器件之一,在各種電子電路中的應(yīng)用十分廣泛。
[2] 晶體三極管的文字符號(hào)為“VT”,圖形符號(hào)如圖所示。
[3] 電流放大系數(shù)β是晶體三極管的主要參數(shù)之一,是指集電極電流Ic的變化量與基極電流Ib的變化量之比,反映了三極管的放大能力。如圖所示,當(dāng)Ib從40μA上升到60μA時(shí),相應(yīng)的Ic從6mA上升到9mA,其β=(9-6)×103/(60-40)=150。
[4] 特征頻率fT是晶體三極管的另一主要參數(shù)。當(dāng)工作頻率超過一定值時(shí),三極管的β值開始下降。β值下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率即為特征頻率fT。
[5] 晶體三極管具有三根管腳,分別是:基極b、發(fā)射極e和集電極c,使用中應(yīng)識(shí)別清楚。
[6] 晶體三極管的基本工作原理如圖示(以NPN型管為例)。當(dāng)給基極(輸入端)輸入一個(gè)較小的基極電流Ib時(shí),其集電極(輸出端)將按比例產(chǎn)生一個(gè)較大的集電極電流Ic,這個(gè)比例就是三極管的電流放大系數(shù)β,即Ic=βIb。集電極電流和發(fā)射極電流受基極電流的控制,所以晶體三極管是電流控制型器件。
[7] 檢測晶體三極管時(shí),萬用表置于“R×1k”擋。先用黑表筆接某一管腳,紅表筆分別接另外兩管腳,測得兩個(gè)電阻值。再將黑表筆換接另一管腳,重復(fù)以上步驟,直至測得兩個(gè)電阻值都很小(NPN管)或都很大(PNP管),這時(shí)黑表筆所接的是基極b。
[8] 接著,對(duì)于NPN管,用紅表筆接基極以外的一管腳,左手拇指與中指將黑表筆與基極捏在一起,同時(shí)用左手食指觸摸余下的管腳,這時(shí)表針應(yīng)向右擺動(dòng)。將基極以外的兩管腳對(duì)調(diào)后再測一次。兩次測量中,表針擺動(dòng)幅度較大的那一次,黑表筆所接為集電極,紅表筆所接為發(fā)射極。表針擺動(dòng)幅度越大,說明被測三極管的β值越大。對(duì)于PNP管則對(duì)調(diào)紅、黑表筆測量。
[9] 晶體三極管最基本的作用是放大。圖示為晶體三極管放大電路,輸入信號(hào)Ui經(jīng)C1加至三極管VT基極,使其集電極電流相應(yīng)變化,并在集電極負(fù)載電阻Rc上產(chǎn)生壓降,經(jīng)C2輸出。由于輸出電壓等于電源電壓與Rc上壓降的差值,因此輸出電壓Uo與輸入電壓Ui相位相反。R1、R2為VT的基極偏置電阻。
[10] 晶體三極管具有開關(guān)作用。圖示為驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管的電子開關(guān)電路,開關(guān)管VT的基極由脈沖信號(hào)CP控制,當(dāng)CP=“1”時(shí),VT導(dǎo)通,發(fā)光二極管VD發(fā)光;當(dāng)CP=“0”時(shí),VT截止,發(fā)光二極管VD熄滅。R為限流電阻。
[11] 復(fù)合管是由兩個(gè)或更多三極管按一定規(guī)律組合在一起而成。達(dá)林頓管即為一種復(fù)合管,圖示為兩個(gè)NPN型三極管構(gòu)成的達(dá)林頓管,等效為一個(gè)高β值的晶體三極管,β=β1·β2。達(dá)林頓管也可由兩個(gè)PNP管,或一個(gè)PNP管和一個(gè)NPN管構(gòu)成。
[12] 帶阻三極管是一種內(nèi)部包含有一個(gè)或幾個(gè)電阻的晶體三極管,近年來在家用電器和音像設(shè)備中應(yīng)用較多。圖示為較常見的兩種帶阻三極管內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。
[13] 場效應(yīng)晶體管通常簡稱為場效應(yīng)管,是一種利用場效應(yīng)原理工作的半導(dǎo)體器件。和普通雙極型晶體管相比較,場效應(yīng)管具有輸入阻抗高、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗小、易于集成等特點(diǎn),得到了越來越廣泛的應(yīng)用。場效應(yīng)管的文字符號(hào)也為“VT”,圖形符號(hào)如圖所示。
[14] 場效應(yīng)管一般具有3個(gè)極(雙柵管有4個(gè)極):柵極G、源極S和漏極D,它們的功能分別對(duì)應(yīng)于雙極型晶體管的基極b、發(fā)射極e和集電極c。由于場效應(yīng)管的源極S和漏極D是對(duì)稱的,實(shí)際使用中可以互換。
[15] 場效應(yīng)管的基本工作原理如圖示(以結(jié)型N溝道管為例)。由于柵極G接有負(fù)偏壓UG,在G附近形成耗盡層。當(dāng)負(fù)偏壓UG增大時(shí),耗盡層增大,溝道減小,漏極電流ID減小;當(dāng)負(fù)偏壓UG減小時(shí),耗盡層減小,溝道增大,漏極電流ID增大。漏極電流ID受柵極電壓的控制,所以場效應(yīng)管是電壓控制器件。
[16] 檢測結(jié)型場效應(yīng)管時(shí),萬用表置于“R×1k”擋,用兩表筆分別測量每兩個(gè)管腳間的正、反向電阻。當(dāng)某兩個(gè)管腳間的正、反向電阻相等,均為數(shù)kΩ時(shí),則這兩個(gè)管腳為漏極D和源極S(可互換),余下的一個(gè)管腳即為柵極G。
[17] 估測結(jié)型場效應(yīng)管的放大能力:萬用表置于“R×100”擋,兩表筆分別接漏極D和源極S,然后用手捏住柵極G(注入人體感應(yīng)電壓),表針應(yīng)向左或向右擺動(dòng)。表針擺動(dòng)幅度越大說明場效應(yīng)管的放大能力越大。如果表針不動(dòng),說明該管已壞。
[18] 場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。圖示為場效應(yīng)管源極輸出器,其特點(diǎn)是輸入阻抗Zi很高、輸出阻抗Zo較低,常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換。
[19] 場效應(yīng)管可以用作可變電阻。圖示為錄音機(jī)自動(dòng)電平控制電路,當(dāng)輸入信號(hào)Ui增大導(dǎo)致Uo增大時(shí),由Uo經(jīng)VD負(fù)向整流后形成的柵極偏壓-UG的絕對(duì)值也增大,使場效應(yīng)管VT的等效電阻增大,R1與其的分壓比減小,使進(jìn)入放大器的信號(hào)電壓減小,最終使Uo保持基本不變。
[20] 場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源,如圖所示,如果漏極電流ID因故增大,源極電阻RS上形成的負(fù)柵壓也隨之增大,迫使ID回落,反之亦然,使ID保持恒定。恒定電流ID=|UP|/RS,式中,UP為場效應(yīng)管夾斷電壓。