晶体管和场效应管性能对比

模拟电子技术研究性教学论文实验题目：晶体管与场效应管的比较晶体管与场效应管的比较摘要晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。

本文主要对晶体管的两大分类--晶体三极管（BJT）和场效应管（FET）在不同方面做了比较，包括概念定义，结构分类，工作原理，放大比较以及综合应用等。

一方面对晶体三极管和场效应管做了全面的归纳和对比，另一方面对模拟电子技术的学习打好了基础。

关键词：晶体三极管，场效应管，结构，工作原理，放大，应用AbstractTransistor (transistor) is a solid semiconductor can be used for detection, rectification, amplification, switch, power, signal modulation and other functions. This paper mainly compares transistor to transistor (BJT) and field effect transistor (FET) in different aspects , including the definition of the concept, structure, working principle, amplifying comparison ,comprehensive application and so on .Talking about the significance of this thesis ,on the one hand ,it made induction and comparative comprehensive on the transistor and FET, on the other hand, it lay the foundation for electronic technology learning .Keywords: transistor, FET, structure, working principle, amplification, application目录一、基本概念 (3)1.1晶体三极管 (3)场效应管 (3)二、分类及结构 (4)2.1晶体三极管 (4)晶体三极管的分类 (4)晶体三极管的内部结构图 (5)场效应管 (5)结型场效应管 (5)绝缘栅型场效应管 (6)三、工作原理 (6)晶体三极管 (6)三极管的工作原理 (6)三极管的工作原理图 (7)晶体三极管三种大电路对比 (7)场效应管 (8)结型场效应管 (8)绝缘栅型场效应管 (9)场效应管的工作原理图 (10)不同场效应管的特性比较 (10)四、场效应管与晶体管的比较及应用 (11)五、综合应用 (11)六、参考文献 (12)一、基本概念晶体三极管晶体三极管，亦称双极型（Transubstantiationalist,BJT），因其有自由电子和空穴两种极性的载流子参与导电而得名；又因其是三层杂质半导体构成的器件，有三个电极，所以又称半导体三极管，晶体三极管等，简称三极管。

双极功率晶体管与场效应晶体管的比较导言：在电子元件领域，功率晶体管被广泛应用于功率放大和开关电路中，而双极功率晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和场效应晶体管（Field-Effect Transistor，FET）是其中两种常见的类型。

本文将对这两种晶体管进行比较，包括工作原理、特性和应用等方面。

一、工作原理1. 双极功率晶体管：双极功率晶体管是一种三层晶体管，由两个PN结组成。

在工作过程中，控制电流被注入基极结，通过基极电流来控制负载电流。

当基极电流达到一定的阈值，集电极-发射极之间的电流就会增加。

它可以工作在放大模式和开关模式下。

2. 场效应晶体管：场效应晶体管是一种由栅、源和漏三个极端组成的四层结构。

其中，源极和漏极之间通过栅极电压控制电流流动。

当栅极电压改变时，导电层的宽度也会发生变化，从而影响了电流流动。

它可分为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极性晶体管）两大类。

二、特性比较1. 工作频率：双极功率晶体管由于涉及较多的电子动量传递过程，因此其最高工作频率相对较低，一般在几百MHz到几十GHz之间。

而场效应晶体管由于操作时只涉及电场效应，因此可实现更高的工作频率，达到几十GHz以上。

2. 控制电流：双极功率晶体管需要基极电流来激活，并且在工作过程中需要消耗一定的功率。

而场效应晶体管的控制电流非常小，在无功耗的情况下可以实现更高的效率。

3. 输入电阻和噪音：双极功率晶体管具有相对较低的输入电阻，因此主要用于对输入电阻较高的传感器和信号源进行放大。

而场效应晶体管具有非常高的输入电阻，适用于对电阻要求较低的应用，例如放大信号源。

4. 开关特性：双极功率晶体管在开关模式下对负载电流的响应速度非常快，具有较高的开关速度。

而场效应晶体管需要时间来响应并建立沟道，其开关速度相对较慢。

三、应用领域1. 双极功率晶体管：双极功率晶体管广泛应用于音频放大器、功率放大器、调制器、开关电源等领域。

三极管基础知识及测量方法三极管基础知识及测量方法一、晶体管基础双极结型三极管相当于两个背靠背的二极管PN 结。

正向偏置的 EB 结有空穴从发射极注入基区，其中大部分空穴能够到达集电结的边界，并在反向偏置的 CB 结势垒电场的作用下到达集电区，形成集电极电流 IC 。

在共发射极晶体管电路中 ,发射结在基极电路中正向偏置 , 其电压降很小。

绝大部分的集电极和发射极之间的外加偏压都加在反向偏置的集电结上。

由于 VBE 很小，所以基极电流约为IB= 5V/50 k Ω = 0.1mA 。

如果晶体管的共发射极电流放大系数β = IC / IB =100, 集电极电流 IC=β*IB=10mA。

在500Ω的集电极负载电阻上有电压降VRC=10mA*500Ω=5V，而晶体管集电极和发射极之间的压降为VCE=5V，如果在基极偏置电路中叠加一个交变的小电流ib，在集电极电路中将出现一个相应的交变电流ic，有c/ib=β，实现了双极晶体管的电流放大作用。

金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应，在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。

当栅 G 电压 VG 增大时，p 型半导体表面的多数载流子棗空穴逐渐减少、耗尽，而电子逐渐积累到反型。

当表面达到反型时，电子积累层将在 n+ 源区 S 和 n+ 漏区 D 之间形成导电沟道。

当VDS ≠ 0 时，源漏电极之间有较大的电流 IDS 流过。

使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压 VT 。

当 VGS>VT 并取不同数值时，反型层的导电能力将改变，在相同的 VDS 下也将产生不同的 IDS , 实现栅源电压VGS 对源漏电流 IDS 的控制。

二、晶体管的命名方法晶体管：最常用的有三极管和二极管两种。

三极管以符号BG（旧）或（T）表示，二极管以D表示。

按制作材料分，晶体管可分为锗管和硅管两种。

按极性分，三极管有PNP和NPN两种，而二极管有P型和N型之分。

常用场效应管及晶体管参数场效应管（FET）和晶体管（BJT）是现代电子设备中广泛使用的两种主要的电子器件。

他们在放大、开关和电路控制等方面起着重要作用。

下面将详细介绍常用场效应管和晶体管的参数。

一、场效应管（FET）的参数1. 空载传导（Idss）：空载传导是指当栅极-源电压为零时的最大漏极-源极电流。

这个参数表示了当栅极完全封闭时，通过FET的最大电流。

2. 门源截止电压（VGS(off)）：当栅极-源电压为零时，FET将完全关闭，不传导漏极电流。

这个参数可以用来确定FET的静态工作点。

3. 饱和电压（VDS(sat)）：饱和电压是指，在给定的栅极-源极电压和栅极电压下，漏极-源极电流达到饱和状态时的漏极-源极电压。

在这个电压下，FET可以传导最大电流。

4. 输入电容（Ciss）：输入电容是指当栅极电压变化时，所需的输入电荷的数量，单位为法拉。

这个参数表示了栅极电压对FET的效果。

5. 输出电导（Drain-to-Source On-Resistance，RDS(on)）：输出电导是指当FET完全开启时，漏极-源极电阻的值。

值越小，FET的效果越好。

二、晶体管（BJT）的参数1. 最大集电极电流（Ic(max)）：最大集电极电流是指晶体管能够承受的最大电流值。

超过这个电流值会导致晶体管损坏。

2. 饱和电流（Ic(sat)）：饱和电流是指当基极电流大到一定程度时，集电极-发射极电流稳定在最大值的状态。

此时，晶体管工作在饱和区，可以作为开关使用。

3. 直流增益（DC Current Gain，hFE）：直流增益是指当基极电流增大时，集电极电流相对于基极电流的放大倍数。

该参数用来描述晶体管的放大能力。

4. 射极漏电流（Iceo）：射极漏电流是指当基极电流为零时，集电极-发射极间的非控制电流。

此时，晶体管处于关闭状态。

5. 输入电容（Cbe）：输入电容是指当基极电压变化时，所需的输入电荷的数量。

这个参数表示了基极电压对晶体管的效果。

双极晶体管与mos管的异同点
双极晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）是两种常见的晶体管类型，它们在结构、工作原理和应用方面存在一些异同点。

相同点：
1.放大作用：双极晶体管和MOSFET都具有放大作用，能够将微弱的输入信号放大到较大的输出信号。

2.开关作用：双极晶体管和MOSFET都可以作为开关使用，能够控制电路的导通和关断。

不同点：
1.结构：双极晶体管由三个区域组成，即发射区、基区和集电区，分为NPN和PNP两种类型。

而MOSFET有两个PN结和一层门电极，分为N通道和P通道两种类型。

2.工作原理：双极晶体管是通过控制电流来实现信号的放大和调节等操作。

而MOSFET则是通过控制栅压来实现这些操作。

因此，MOSFET具有更好的可控性和稳定性。

3.电流控制：双极晶体管的电流是直接受控于基极，而MOSFET 的电流是受控于栅极。

因此，MOSFET具有更高的开关速度和更低的导通电阻。

4.耐压能力：双极晶体管的耐压能力取决于集电结的反向电压，而MOSFET的耐压能力取决于漏极与源极之间的电压。

因此，MOSFET 具有更高的耐压能力。

5.应用：双极晶体管主要用于低频信号放大和开关电路中，而MOSFET主要用于高频信号放大和开关电路中。

综上所述，双极晶体管和MOSFET在结构、工作原理和应用方面存在一些异同点。

虽然它们具有相同的放大和开关作用，但在实际应用中需要根据具体的需求来选择使用哪种晶体管类型。

场效应管与三极管的性能比较
1．场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于三极管的放射极e、基极b、集电极c，它们的作用相像。

2．场效应管是电压掌握电流器件，由vGS掌握iD，其放大系数gm 一般较小，因此场效应管的放大力量较差；三极管是电流掌握电流器件，由iB（或iE）掌握iC。

3．场效应管栅极几乎不取电流（ig0）；而三极管工作时基极总要吸取肯定的电流。

因此场效应管的输入电阻比三极管的输入电阻高。

4．场效应管只有多子参加导电；三极管有多子和少子两种载流子参加导电，因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射力量强。

在环境条件（温度等）变化很大的状况下应选用场效应管。

5．场效应管在源极未与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使用，且特性变化不大；而三极管的集电极与放射极互换使用时，其特性差异很大，b 值将减小许多。

6．场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信噪比较高的电路中要选用场效应管。

7．场效应管和三极管均可组成各种放大电路和开关电路，但由于前者制造工艺简洁，且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中。

场效应管和晶体管的区别2009年03月26日星期四 16:041. 场效应管主要有结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）。

绝缘栅型场效应管的衬底（B）与源极（S）连在一起，它的三个极分别为栅极（G）、漏极（D）和源极（S）。

晶体管分NPN和PNP管，它的三个极分别为基极（b）、集电极（c）、发射极（e）。

场效应管的G、D、S极与晶体管的b、c、e极有相似的功能。

绝缘栅型效应管和结型场效应管的区别在于它们的导电机构和电流控制原理根本不同，结型管是利用耗尽区的宽度变化来改变导电沟道的宽窄以便控制漏极电流，绝缘栅型场效应管则是用半导体表面的电场效应、电感应电荷的多少去改变导电沟道来控制电流。

它们性质的差异使结型场效应管往往运用在功放输入级（前级），绝缘栅型场效应管则用在功放末级（输出级）。

2. 双极型晶体管内部电流由两种载流子形成，它是利用电流来控制。

场效应管是电压控制器件，栅极（G）基本上不取电流，而晶体管的基极总要取一定的电流，所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管。

而在允许取一定量电流时，选用晶体管进行放大，可以得到比场效应管高的电压放大倍数。

3. 场效应管是利用多子导电（多子：电子为多数载流子，简称多子），而晶体管是既利用多子，又利用少子（空穴为少数载流子，简称少子），由于少子的浓度易受温度，辐射等外界条件的影响，因此在环境变化比较剧烈的条件下，采用场效应管比较合适。

4. 功率放大电路是一种弱电系统，具有很高的灵敏度，很容易接受外界和内部一些无规则信号的影响，也就是在放大器的输入端短路时，输出端仍有一些无规则的电压或电流变化输出，利用示波器或扬声器就可觉察到。

这就是功率放大器的噪声或干扰电压。

噪声所产生的影响常用噪声系数Nf 表示，单位为分贝（dB），Nf越小越好，Nf=输入信号噪声比/输出信号噪声比，晶体管的噪声来源有三种：⑴热噪声：由于载流子不规则的热运动，通过半导体管内的体电阻时而产生；⑵散粒噪声：通常所说的三极管中的电流只是一个平均值，实际上通过发射结注入基区的载流子数目，在各个瞬时都不相同，因而引起发射极电流或集电极电流有一无规则的流动，产生散粒噪声；⑶颤动噪声：晶体管产生颤动噪声的原因现在还不十分清楚，但被设想为载流子在晶体表面的产生和复合所引起，因此与半导体材料本身及工艺水平有关。

现在是ＩＣ的全盛时代！我们身边有各种各样的电器，例如电视、ＶＴＲ、ＣＤ组合式收录机、计算机等，打开这些电器的机壳就会发现内部几乎全是ＩＣ，已经很难找到晶体管或ＦＥＴ等分立的放大器件了。

在计算机的主机板上，甚至连电阻都很难见到。

电子电路的这种ＩＣ化方向当然是工程技术人员所向往的，因为它能够在有限的空间内很方便地满足使用者所要求的解决各种难题的功能，而且更廉价。

当然，目前的现状也不是完全不再使用晶体管、ＦＥＴ等分立的半导体器件。

在一些最先进的大功率／大电流电路、低噪声放大电路、高频电路等电子电路中除ＩＣ外仍然还使用着多种分立器件。

可以说目前的电子电路中，ＩＣ通常应用于一般电路中，而分立的晶体管和ＦＥＴ应用于追求高性能的最先进的电路中。

也不完全拘泥于这种区分。

在我们身边当然还有考虑到晶体管和ＦＥＴ的特点，通过与ＩＣ的组合而应用的实例，这样往往能够组成更有趣的电路，性能相同而更廉价的电路。

下面首先分析使用ＩＣ、晶体管、ＦＥＴ的电路的优缺点，然后分别讨论使用的问题。

１．１．１使用ＩＣ的优缺点１．电子电路中使用ＩＣ的优点（１）可以减少部件数目。

ＩＣ是将一个电路原封不动地封装在一个管壳中。

因此，使用ＩＣ可以减少构成电路的部件数目。

将电路集成化并封装起来，使得电路整体变小了。

（２）缩短了设计时间。

将具有严格的常数设定的电路ＩＣ化，能够缩短设计时间。

如果所有电路都集成化，那么“电路设计”就变成了选择ＩＣ的工作。

（３）降低了成本。

通过将标准的电路集成化批量生产，能够降低ＩＣ自身的价格，从而使电路整体的成本下降。

２．使用ＩＣ的缺点（１）只能在一定程度上满足其性能要求。

为了使通常的ＩＣ具有更广泛的应用，需要将一定程度上标准化的电路集成化。

因此，使用ＩＣ时，在性能上必然会有一定的妥协。

所以说，使用ＩＣ的电路并不能得到非常完美的性能。

（２）不能够变更内部电路。

这是显而易见的事情。

已经制成的电路以及管脚配置是不能够变更的。

但是在数字ＩＣ领域，使用者在一定程度上具有变更内部电路管或脚配置的自由，例如ＰＬＤ（ＰｒｏｒａｍｍａｂｌｅＬｏgｉｃＤｅｖｉｃｅ，可编程逻辑器件）。

双极晶体管与mos管的异同点双极晶体管（Bipolar Junction Transistor, BJT）和MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是两种常见的晶体管类型，它们都有着广泛的应用领域。

下面将分别介绍双极晶体管和MOS管的异同点。

一、双极晶体管和MOS管的结构异同点：1. 结构异同点：双极晶体管由三个掺杂不同的半导体区域组成，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）组成。

其中，发射极和集电极之间被击穿的薄氧化层隔离，形成PN结（发射结）；基极和发射极之间形成另一个PN结（集电结），这两个PN结构成为双晶管的零限。

MOS管由一块绝缘层（通常为氧化硅）覆盖的半导体材料（通常为硅）构成，其中嵌入一个P型或N型的导电区域，该区域称为沟道（Channel），MOS管的控制极称为栅极（Gate）。

栅极与沟道之间通过绝缘层（氧化硅）隔离，形成栅极氧化层-沟道结构。

2. 工作原理异同点：双极晶体管是一种电流控制器件，其工作原理基于PN结的导电特性。

当在基极-发射极间加上一个正向电压时，由于PN结介质层的存在，会产生电子从发射极注入到基区，进而流向集电极，形成一个电流放大。

因此，双极晶体管可以工作在放大、开关和反相等多种模式。

MOS管是一种电压控制器件，其工作原理基于栅极对沟道的电场控制作用。

当在栅极与沟道间施加一个电压时，电场会改变沟道内电荷分布情况，从而调节沟道的电导率。

当栅极电压为正时，沟道下方会形成N型导电区，当栅极电压为负时，沟道下方会形成P型导电区。

MOS管可以通过改变栅极电压来控制沟道的电导率，从而实现对电流的控制。

二、双极晶体管和MOS管的性能异同点：1. 耗电功率：双极晶体管的功耗相对较高，因为它在工作状态下需要有稳定的基极电流流过。

而MOS管的功耗相对较低，因为它在工作状态下不需要有基极电流流过。