三極管和MOS管都是很常用的電子元器件,兩者都可以作為電子開關管使用,而且很多場合兩者都是可以互換使用的。三極管和MOS管作為開關管時,有很多相似之處,也有不同之處,那么在電路設計時,兩者之間該如何選擇呢?
三極管有NPN型和PNP型,同理MOS管也有N溝道和P溝道的,三極管的三個引腳分別是基極B、集電極C和發射極E,而MOS管的三個引腳分別是柵極G、漏極D和源極S。下文以NPN三極管和N溝道MOS管為例,下圖為三極管和MOS管控制原理。
▲NPN三極管與N-MOS管當開關管原理
(1)控制方式不同,三極管是電流型控制元器件,而MOS管是電壓控制元器件,三極管導通所需的控制端的輸入電壓要求較低,一般0.4V~0.6V以上就可以實現三極管導通,只需改變基極限流電阻即可改變基極電流。而MOS管為電壓控制,導通所需電壓一般4V~10V左右,且達到飽和時所需電壓一般6V~10V左右。在控制電壓較低的場合一般使用三極管作為開關管,也可以先使用三極管作為緩沖控制MOS管,比如單片機、DSP、powerPC等處理器I/O口電壓較低,只有3.3V或2.5V,一般不會直接控制MOS管,電壓較低MOS管無法導通或內阻很大內耗大而達不到實際效果,這種情況下一般使用三極管控制。
(2)輸入阻抗不同,三極管的輸入阻抗小,MOS管的輸入阻抗大;結電容不一樣,三極管的結電容要比MOS管大,動作相應上MOS管要比三極管快一些;穩定性方面MOS管更優,三極管的少子參與導電,比較容易受到溫度的影響,噪聲較高,而MOS管是多子導電,噪聲小,熱穩定性好。
(3)MOS管內阻很小,大一點的幾十mΩ,小的只有幾mΩ,比如4mΩ、2mΩ等,而三極管的導通壓降幾乎不變,一般為0.3V~0.6V左右,所以一般在小電流場合比較喜歡使用MOS管,內阻小壓降低,但是大電流場合一般使用三極管,比如幾百A,或上千A甚至幾千A的電流時,使用三極管其導通壓降只有0.3V~0.6V左右,而使用MOS管即使內阻很小,但是電流很大,壓降仍然很大,比如內阻2mΩ,電流1000A,那么壓降高達2V,功耗很大,高達2000W,使用三極管功耗只有300W~600W左右,電流越大其差異越明顯,所以在汽車、高鐵等幾千安培的大電流場合,都是采用三極管作為開關管的。