目前,曾經(jīng)適用化的全控型晶體管大致有這么幾大類:BJT、FET、IGBT,GTO(Gatc Turn-Off Thyristor,可關(guān)斷晶閘管)、1GCT (Integrated Gatc-Com-mutated Thyristor,集成門極單向晶閘管)。IGBT、GTO、IGCT -般只用于電流開關(guān)放大,即大功帶領(lǐng)域,而不會用于小信號電壓放大范疇,因而常常將三者劃歸功率半導(dǎo)體、半導(dǎo)體范疇。同時(shí)跨兩個(gè)范疇的是BJT和FET。
所謂全控型,指的是僅僅依托控制端子(基極/柵極/控制極)的信號,晶體管能夠自主翻開和關(guān)斷,可控硅的控制極只能控制開的動作,卻不能關(guān)閉可控硅,這樣的器件稱為半控型半導(dǎo)體器件。
GTO和IGCT固然屬于全控型器件,但實(shí)踐上是應(yīng)用了集成技術(shù),集成了若干控制電路,固然對外電路而言依然是三端器件(適用的IGCT常常是一個(gè)基于印制板的電路組件),但它們的內(nèi)部曾經(jīng)不是單一的硅片構(gòu)造。從實(shí)踐應(yīng)用上來說,晶體管的導(dǎo)通實(shí)踐上能夠有兩種狀態(tài):放大與飽和導(dǎo)通,前者用于電壓放大,后者用于電放逐大,GTO與IGCT實(shí)踐上只要后者。
從這個(gè)意義上來說,比擬地道的全控型半導(dǎo)體器件實(shí)踐上只要BJT、FET、IGBT?;谶@些理由,本節(jié)以BJT、FET、IGBT為例來看一下FET的典型特征(個(gè)性)。
1.FET是壓控型器件
這一點(diǎn)IGBT與之相同。 BJT的基極需求電壓和電流才干使BJT導(dǎo)通,簡單地說,BJT的控制需求一定的功率。FET的柵極只需求一個(gè)控制電壓即可,控制功率能夠疏忽。當(dāng)然,由于結(jié)電容的存在,高頻應(yīng)用時(shí),壓控型器件依然要耗費(fèi)一定的控制功率,在這一點(diǎn)上,BJT也是一樣的,只不過結(jié)電容耗費(fèi)的功率與基極所需求的驅(qū)動功率相比,常常是能夠疏忽的。
2.偏置特性有些不同:常開與常閉
在常態(tài)下,JFET是導(dǎo)通的,而BJT則是關(guān)閉的,就像一扇門,關(guān)于BJT而言,這扇門是關(guān)閉的,而關(guān)于JFET,這扇門是翻開的,我們所需求的控制,前者的目的是翻開,然后者是將其關(guān)閉。
在常態(tài)下,加強(qiáng)型MOSFET與BJT 一樣都是關(guān)閉的,但是狀況并不完整相同,只需有偏置電壓,BJT就會翻開,而MOSFET則至少需求1V以上,通常是4-5V,這個(gè)電壓稱為“開啟閾值電壓”或者“門限電壓”。就像一扇門,BJT足一扇光滑十分好的門,只需稍稍用力,或者只需有推門的力存在,哪怕是一陣微風(fēng),都能使門翻開一條縫;加強(qiáng)型MOSFET則是一扇裝有閉門器的門,推門的力需求到達(dá)一定的水平,門才會開端翻開。
3.呈拋物線關(guān)系的轉(zhuǎn)移特性
所謂轉(zhuǎn)移特性,大致是指存飽和導(dǎo)通條件下的輸入信號對輸出信號的控制特性,即控制信號變化時(shí),輸出信號的變化規(guī)律。詳細(xì)到FET,是指漏極電流與柵極電壓的關(guān)系。
FET的轉(zhuǎn)移特性大致為拋物線,也能夠描繪為漏極電流與柵極電壓為平方率關(guān)系。有這種轉(zhuǎn)移特性的半導(dǎo)體器件沒有三次交調(diào)噪聲,也沒有更高次諧波的調(diào)制噪聲。
所謂交調(diào)噪聲,也叫交擾調(diào)制噪聲,是指兩個(gè)不同頻率的信號在同一器件中相互調(diào)制而產(chǎn)生的一種噪聲。交擾調(diào)制和調(diào)制噪聲是混頻器盡可能要防止的,因而高級的收音頭會采用FET器件做混頻器件,常見的有雙柵極的MOSFET。
4.JFET的個(gè)性:可控的雙導(dǎo)游電特性
除了串聯(lián)等一些特殊應(yīng)用,JFET的漏極和源極在應(yīng)用上并無區(qū)別,能夠互換運(yùn)用,因而,JFET漏極和源極在普通應(yīng)用中能夠?qū)φ{(diào),電路性能并無區(qū)別。
基于這個(gè)原理,將D、S對調(diào),圖1.1中的電路方式能夠演化出另外兩種。也正是由于這個(gè)緣由,有些電路符號會將JFET的柵極畫在正中的位置而不是偏下的位置,以表示漏極和源極的外部功用是相同的。5.VMOS的個(gè)性:可變的飽和導(dǎo)通壓降,不變的飽和導(dǎo)通電阻BJT的飽和導(dǎo)通壓降簡直是恒定的,關(guān)于硅管而言,大致為0.7V,關(guān)于鍺管而言,為o.3V左右,由于鍺管的溫度特性不佳,因而硅管愈加常用。
MOSFET的飽和導(dǎo)通壓降不是恒定的,飽和導(dǎo)通電阻(RDS(ON))卻是一定的(溫度相同條件下),因而VMOS的飽和導(dǎo)通壓降取決于電路巾流過的電流。
VMOS的飽和導(dǎo)通電阻主要和電壓規(guī)格(俗稱“耐壓”)有關(guān),電壓規(guī)格越高,飽和導(dǎo)通電阻越大。低電壓規(guī)格的VMOS的飽和導(dǎo)電阻普通在mΩ級。
如圖1.3中的8205,飽和導(dǎo)通電阻的典型值為30mΩ,TJ(結(jié)溫,近似為晶體管硅片的溫度)為100℃的時(shí)分,飽和導(dǎo)通電阻為40mΩ。不難算出,手機(jī)的工作電流即便到達(dá)0.5A(實(shí)踐上普通遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)值),兩個(gè)電子開關(guān)的壓降也只要30mV,思索到溫度的要素,也不會超越40mV。
假如采用BJT,上述壓降就會到達(dá)1.4V左右,這個(gè)數(shù)值與8205上的壓降相比,是不是簡直能夠疏忽?這就是圖1.3要采用VMOS的緣由。
當(dāng)然,VMOS的飽和導(dǎo)通電阻也不總是這么小,隨著電壓規(guī)格的進(jìn)步,這個(gè)數(shù)值會疾速上升。雖然如此,在電壓規(guī)格小于200V的普通應(yīng)用中,它的飽和壓降依然有絕對的優(yōu)勢。
IGBT的飽和壓降與BJT的特性相似,普通為1.5~3V,與電壓規(guī)格有關(guān),因而,在高壓規(guī)格(600~1200V)的晶體管中,IGBT有優(yōu)勢,它更大的優(yōu)勢是,IGBT的電壓規(guī)格目前可以做到很高,不但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于FET,也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BJT,實(shí)用產(chǎn)品曾經(jīng)到達(dá)了4. 3kV~6. 5kV,而適用的VMOS,最高的電壓規(guī)格大致為lkV~l. 2kV。
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