干货 | 三极管和场效应管到底怎么选？

电子工程世界 2020-06-11 00:00

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随着电子设备升级换代的速度，大家对于电子设备性能的标准也愈来愈高，在某些电子设备的电路设计与研发中，不仅是开关电源电路中，也有在携带式电子设备的电路中都是会运用到性能更好的电子元器件 —— 场效应晶体管。

因此正确挑选场效应晶体管是硬件工程师常常碰到的难点之一，也是极其重要的一个环节，场效应晶体管的挑选，有可能直接影响到一整块集成运放的速率和制造费，挑选场效应晶体管，可以从下列六大技巧下手。

1、沟道类型

挑选好场效应晶体管电子元件的第一步是取决选用N沟道或是P沟道场效应晶体管。在典型的功率使用中，当一个场效应晶体管接地，而负载接入到干线电压上时，该场效应晶体管就组成了低压侧开关。在低压侧开关中，应选用N沟道场效应晶体管，它是出自于对关闭或导通电子元件所要电压的考虑。当场效应晶体管接入到总线及负载接地时，就需要用高压侧开关。一般会在这一拓扑中选用P沟道场效应晶体管，这又是出于对电压驱动的考虑。

2、额定电压

明确需用的额定电压，或是电子元件能够承载的最高电压。额定电压越大，电子元件的成本就越高。按照实践证明，额定电压应该高于干线电压或总线电压。这样才可以提供足够的保护，使场效应晶体管不会失灵。

就挑选场效应晶体管来讲，务必明确漏极至源极间将会承载的最高电压，即最大VDS。了解场效应晶体管能承载的最高电压会随温度而变动这点非常关键。我们须在整个操作温度范围内检测电压的变动范围。额定电压一定要有足够的余量覆盖这一变动范围，保障电路不会无效。

需要考虑的其它安全因素包含由开关电子产品（如电机或变压器）引起的电压瞬变。不同使用的额定电压也各有不同，一般来说，便携式设备为20V、FPGA电源为20～30V、85～220VAC应用为450～600V。

3、额定电流

该额定电流应是负载在全部状态下可以承载的最高电流。与电压的情形类似，保证选定的场效应晶体管能经受这一额定电流，即便在系统造成尖峰电流时。两个考虑的电流情形是持续模式和脉冲尖峰。在持续导通模式下，场效应晶体管处在稳态，这时电流持续通过电子元件。脉冲尖峰指的是有大量电涌（或尖峰电流）流经电子元件。一旦明确了这些条件下的最高电流，只需直接挑选能承载这个最高电流的电子元件便可。

4、导通损耗

在实际情况下，场效应晶体管并不一定是理想的电子元件，归因于在导电过程中会有电能消耗，这叫做导通损耗。场效应晶体管在“导通”时好比一个可变电阻，由电子元件的RDS（ON）所确认，并随温度而明显变动。

电子元件的功率损耗可由Iload2×RDS（ON）估算，因为导通电阻随温度变动，因而功率损耗也会随着按占比变动。对场效应晶体管施加的电压VGS越高，RDS（ON）就会越小；反之RDS（ON）就会越高。注意RDS（ON）电阻会随着电流轻微升高。关于RDS（ON）电阻的各类电气叁数变动可在生产商出示的技术资料表里得知。

5、系统散热

须考虑二种不一样的情况，即最坏情况和具体情况。提议选用针对最坏情况的计算结果，由于这一结论提供更大的安全余量，能确保系统不易失灵。在场效应晶体管的材料表上还有一些必须留意的测量数据，电子元件的结温相当于最大环境温度再加热阻与功率耗散的乘积（结温=最大环境温度+［热阻×功率耗散］）。

依据这个式子可解出系统的最大功率损耗，即按定义相当于I2×RDS（ON）。我们已即将通过电子元件的最大电流，能够估算出不同溫度下的RDS（ON）。此外，也要搞好电路板以及场效应晶体管的散热。

雪崩击穿指的是半导体器件上的反向电压超出最高值，并产生强电场使电子元件内电流增加。晶片尺寸的增加会增强抗雪崩能力，最后提高电子元件的稳健性。因而挑选更大的封裝件能够有效避免雪崩。

6、开关性能

影响开关性能的叁数有好多，但最关键的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容。这些电容会在电子元件中产生开关损耗，因为在每一次开关时都要对它们充电。场效应晶体管的开关速度因而被减少，电子元件效率也降低。为计算开关过程中电子元件的总耗损，要计算开通过程中的耗损（Eon）和关闭过程中的耗损（Eoff）。场效应晶体管开关的总功率可用如下方程表达：Psw=（Eon+Eoff）×开关频率。而栅极电荷（Qgd）对开关性能的影响最大。

晶体三极管选用技巧

必须了解晶体管的类型和材料，常用的有NPN和PNP两种，这两种管工作时对电压的极性要求不同，所以是这两种晶体管是不能互相替换的。三极管额材料有锗材料和硅材料，它们之前最大的差异就是其实电压不一样。

在放大电路中，假如使用同类型的锗管代替同类型的硅管，反之替换，一般都是可以的，但都要在基极偏置电压上进行必要的调整。因为他们的起始电压不一样，但是在脉冲电路和开关电路中不同材料的三极管是否能互换必须进行具体的分析，切不可盲目代换。

选取场效应管只要三步：