對(duì)于很多人來說呢,三極管聽上去很熟悉,說它熟悉呢是因?yàn)楹芏嗳硕悸犨^他的大名,也見過這個(gè)符號(hào),以及知道它可以用來放大信號(hào)。說陌生呢是因?yàn)槌松鲜鰞?nèi)容之外,很多人對(duì)它一無所知,也從來沒有直接使用過三極管。之所以三極管有那么大的名氣,是因?yàn)樗臍v史非常的悠久。在一些早期的電子設(shè)備里面幾乎都能找到三極管的身影。早期的電子雜志上面也刊登了大量的關(guān)于三極管的應(yīng)用電路,但是現(xiàn)在三極管的應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)很少了。原因主要有兩個(gè):第一個(gè)是集成電路的發(fā)展,比如說上面幾個(gè)三極管的電路都可以用單片機(jī)或者其他集成電路輕易的取代,使用起來更加的簡(jiǎn)單方便,效果也更好。對(duì)于很多人來說,也就失去了學(xué)習(xí)三極管的動(dòng)力和場(chǎng)景。第二個(gè)原因也是最重要的原因就是MOS管的普及,它進(jìn)一步壓縮了三極管的生存空間。
那么本本文我們就來聊一下MOS管和三極管的區(qū)別,以及它比起三極管到底有什么優(yōu)勢(shì)。首先簡(jiǎn)單說一下三極管是如何工作的,三極管有三個(gè)電極,分別是b,e,c,使用起來非常的簡(jiǎn)單。只要像這樣把電路接好,單片機(jī)的這個(gè)IO口輸出為高電平的時(shí)候,三極管打開通路,燈泡也就打開;當(dāng)單片機(jī)的IO口輸出為低電平的時(shí)候,三極管關(guān)閉,燈泡也就關(guān)閉,是不是覺得這個(gè)場(chǎng)景非常的熟悉?沒錯(cuò),它跟之前我們講的MOS管簡(jiǎn)直一模一樣。
那MOS管和三極管到底是有什么區(qū)別呢?
第一個(gè)區(qū)別也就是最重要的一個(gè)區(qū)別就是MOS管是電壓控制的元件,而三極管是電流控制的元件。那么怎么理解這兩句話呢?三極管的b和e之間可以假象為存在一個(gè)二極管,這也就產(chǎn)生了一個(gè)電流的通路。當(dāng)我給三極管施加高電平的時(shí)候,b和e之間就會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的電流,只有存在這個(gè)持續(xù)的電流時(shí),三極管才會(huì)被打開。當(dāng)我把這個(gè)高電平拿走,電流就瞬間消失了,三極管也就會(huì)關(guān)閉,所以維持三極管打開的必要條件就是b和e之間存在持續(xù)的電流,所以三極管被稱為電流控制元件。
而對(duì)于這個(gè)MOS管來說,g 跟s 之間是不存在通路的,它們之間僅僅存在一個(gè)寄生電容。當(dāng)給g極施加高電平的時(shí)候,除了一開始給這個(gè)寄生電容充電的電流之外,并不存在其他的電流,只要維持g極和 s極的電壓差MOS管就可以打開,甚至因?yàn)檫@個(gè)寄生電容的存在,即便我撤走了IO口的高電平,你會(huì)發(fā)現(xiàn)燈泡依舊是亮著的。直到這個(gè)電容上的電荷慢慢的放光,MOS管才會(huì)關(guān)閉,這就是MOS管被稱為電壓控制器件的原因了。
那么看到這里你應(yīng)該可以明白MOS管的優(yōu)勢(shì)了吧?沒錯(cuò),就是省電,保持MOS管的打開狀態(tài)并不需要額外的電流,而三極管需要你可能會(huì)覺得三極管消耗的那些電流很小,不足為大。但是現(xiàn)在的一個(gè)集成電路動(dòng)不動(dòng)就成百上千個(gè)管,甚至有上億。如果都用三極管來做的話,那這個(gè)功耗就大的非常驚人了,這就是為什么現(xiàn)在的數(shù)字集成電路中基本上都是用MOS管的原因了。
MOS管對(duì)于三極管來說,第二個(gè)優(yōu)勢(shì)就是導(dǎo)通阻抗小,MOS管導(dǎo)通以后呢,d與s之間可以等效為一個(gè)電阻,而且這個(gè)電阻可以很輕松的做到小于十毫歐姆。此時(shí),即便通過10安培的電流,也就只會(huì)產(chǎn)生0.1伏的壓降,即1W的功耗。而三極管導(dǎo)通以后,c和e之間就等效為一個(gè)二極管,就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)固定的0.4伏左右的壓降。此時(shí)如果通過的電流還是10安培,那么三極管的功耗就達(dá)到了4W,是MOS管的四倍左右,所以現(xiàn)在大部分的低壓功率器件都使用了MOS管做控制。
說到這里,你會(huì)發(fā)現(xiàn)不管是在集成電路的內(nèi)部還是作為分立元件,三極管似乎都被MOS給打敗了。那么三極管比起MOS管來說有沒有什么優(yōu)勢(shì)呢?一般來說三極管有兩個(gè)優(yōu)勢(shì),第一個(gè)就是便宜,對(duì)于一些小功率的控制場(chǎng)景,比如說像這種LED燈或者小功率的直流電機(jī)。他們的運(yùn)行電流可能小于100毫安,那么使用三極管就非常的劃算了。因?yàn)槿龢O管雖然會(huì)消耗0.4V的壓降,但是因?yàn)殡娏骱苄 K匀龢O管消耗的總功耗也就可以小的忽略了。這也就是我目前使用三極管最多的場(chǎng)景了,我一般會(huì)選擇S8050這個(gè)型號(hào)的三極管價(jià)格只有幾分錢,性價(jià)比非常的高。同時(shí)一些電平轉(zhuǎn)換電路用三極管也比較合適。
那三極管的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)就是耐高壓大電流。MOS管因?yàn)楣に嚨膯栴},如果要做高壓的話,Rdsn就會(huì)很大,此時(shí)三極管就有優(yōu)勢(shì)了。三極管很容易做到耐高壓,但是這種場(chǎng)景普通人很少會(huì)遇到,我就不細(xì)說了。簡(jiǎn)單的總結(jié)一下,因?yàn)殪o態(tài)電流小,導(dǎo)通阻抗低的優(yōu)勢(shì),現(xiàn)在大部分場(chǎng)景下,我們都是用MOS管取代三極管了,只有在一些小功率或者對(duì)功耗不敏感的場(chǎng)景下,我們才會(huì)使用三極管。畢竟目前來講三極管還是有很大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)的。
另外本本文也沒有很詳細(xì)的去講解三極管的原理和構(gòu)造,甚至我都沒有提及三極管的放大特性。那是因?yàn)槲矣X得三極管的放大特性在現(xiàn)實(shí)中已經(jīng)極少有應(yīng)用場(chǎng)景了。甚至我自己從來沒有在正式的工作中用過三極管的放大特性。當(dāng)然我不是說它不重要,其實(shí)我還是很懷念高中的時(shí)候,用兩個(gè)三極管和一堆分立元件制作的收音機(jī)。整個(gè)過程雖然沒有太多的商業(yè)價(jià)值,但是卻收獲了很多的樂趣。也正是這些簡(jiǎn)單的制作,讓我對(duì)硬件的世界產(chǎn)生了濃厚的興趣。
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