【经验】三极管和场效应晶体管在结构、控制信号、极性、输入电阻、工作模式和频率响应等方面区别

时间： 2023-07-06 来源：华轩阳电子 MOSFET公众号

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三极管（又称双极型晶体管，BJT）和场效应晶体管（FET）是两种常见的半导体器件，用于电子电路中的放大、开关和调节功能。本文介绍两者的区别。

1、结构:

三极管：三极管由两个PN结构组成，其中有一个中央的P型或N型区域，称为基区，以及两个外围的P型或N型区域，称为发射区和集电区。

场效应晶体管：场效应晶体管由三个主要区域组成，即栅极、漏极和源极。栅极和漏极之间存在一个绝缘层，称为栅氧化物层。

2、控制信号：

三极管：三极管的集电电流由基极电流控制。当基极电流流入时，它控制了发射-集电区的电流流动。

场效应晶体管：场效应晶体管的漏极电流由栅极电压控制。当栅极电压变化时，它影响了漏极和源极之间的电流流动。

3、极性：

三极管：三极管有两种类型，NPN型和PNP型，分别由N型和P型材料组成。NPN型的三极管中，基区是P型，而N型是发射区和集电区。PNP型的三极管中，基区是N型，而P型是发射区和集电区。

场效应晶体管：场效应晶体管也有两种类型，N沟道型（N-Channel）和P沟道型（P-Channel），分别由N型和P型材料组成。

4、工作模式：

三极管：三极管可以在两种工作模式下进行操作，即放大模式和开关模式。在放大模式下，三极管被用作电流放大器，而在开关模式下，它被用作电路的开关。

场效应晶体管：场效应晶体管可以在两种工作模式下进行操作，即增强型（Enhancement）、耗尽型（Depletion）。增强型场效应晶体管需要一个正向偏置电压才能导通，而耗尽型场效应晶体管则需要一个负向偏置电压才能导通。

5、频率响应

三极管：三极管的频率响应相对较低，通常在几十MHz的范围内。

场效应晶体管：场效应晶体管的频率响应相对较高，可以达到几百MHz或更高的频率。

选择使用哪种器件主要取决于具体的应用需求和电路设计要求，下面是它们的一些应用方面的区别：

1、放大应用：

三极管：由于三极管具有较高的电流放大能力和较低的输入电阻，它通常用于需要较高增益的放大器电路。它在音频放大器、射频放大器和功率放大器等应用中广泛使用。

场效应晶体管：场效应晶体管由于具有较高的输入电阻和较高的频率响应，通常用于高阻抗输入的放大器电路。它在低噪声放大器、高频放大器和射频应用中较为常见。

2、开关应用：

三极管：由于三极管具有较低的输出电阻和较高的开关速度，它适用于相对高电流、高功率的开关应用。它常用于开关电源、驱动电机和开关电路等场合。

场效应晶体管：场效应晶体管具有较高的输入电阻和较低的功耗，适合于相对低电流、低功率的开关应用。它常用于模拟开关、数字逻辑门、CMOS电路和电源管理等领域。

3、高频应用：

三极管：由于三极管的频率响应有限，其在高频应用中的使用受到一定限制。它在中低频范围内表现良好，但在射频和微波领域的应用较少。

场效应晶体管：由于场效应晶体管具有较高的频率响应和较低的输入和输出电阻，它在射频和高频应用中表现出色。它广泛应用于无线通信、雷达、高速数字电路等领域。

场效应晶体管（FET）正在逐步替代三极管（BJT）在许多应用中的原因主要有以下几点：

1、高输入阻抗：

FET具有非常高的输入阻抗，意味着它对输入信号的负载影响较小，不会对输入信号造成明显的失真。这使得FET在许多传感器、放大器和高阻抗输入电路中更适合使用，尤其是在需要处理微弱信号或低功率应用中。

2、低功耗：

FET相比BJT具有更低的功耗特性。FET的工作原理不需要基极电流，只需要应用一个电场来控制漏极电流。这导致FET在开关和放大应用中具有更低的功耗和较高的效率。在移动设备、电池供电设备和低功耗应用中，FET能够延长电池寿命并降低系统能耗。

3、高频响应：

FET的频率响应更好，可以工作在更高的频率范围内。由于FET具有较小的输入和输出电容，以及较短的载流子传输路径，使得FET在射频和高速数字应用中表现更出色。这使得FET成为无线通信、高速数据传输和雷达系统等领域的首选器件。

4、集成度和制造工艺：

FET相对于BJT更容易集成到微电子芯片中，尤其是在现代CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺中。CMOS工艺广泛用于集成电路的制造，FET的特性和其他电路元件可以在同一芯片上实现。这种集成度的提高可以带来更高的可靠性、更低的成本和更紧凑的设计。

总体而言，三极管和场效应晶体管在结构、控制信号、极性、输入电阻、工作模式和频率响应等方面存在明显的区别。选择使用哪种器件主要取决于具体的应用需求和电路设计要求。尽管场效应晶体管在许多方面表现出优越性，但三极管仍然在一些特定的应用中有其优势。例如，三极管具有较高的电流放大能力和较低的输出电阻，适合于需要较高功率和较低电压的应用。因此，在特定的应用场景中，仍然存在三极管的应用需求。