场效应管和晶闸管的区别是什么?

雨后青天


场效应管和晶闸管都是电子电路中常用的开关型器件,但是两者存在本质的区别。场效应管包括结型场效应管JFET和金属-氧化物半导体场效应管MOSFET。而晶闸管一般是指可控硅,可控硅按照导通方向可以分为单向可控硅SCR和双向可控硅Triac。

1 什么是场效应管

这里主要介绍MOSFET。MOSFET有三个电极,分别为栅极G、源极S和漏极D,其中栅极G为控制端,源极S和漏极D为输出端。从半导体的构成方面可以分为NMOS和PMOS。这两种MOS的电路符号如下图所示:

PMOS的衬底为N型半导体,在VGS<0时,会形成P沟道,所以叫做P沟道MOS;而NMOS的衬底为P型半导体,在VGS>0时,会形成N沟道,所以叫做N沟道MOS。PMOS和NMOS的半导体结构如下图所示。

MOS管是电压驱动型的器件,主要用作可控整流、功率开关、信号放大等,应用比较广泛。MOS管的通道依靠VGS的电平,对于NMOS而言,VGS >0时,NMOS导通,否则NMOS截止;对于PMOS而言,VGS<0,PMOS导通,否则截止。

2 什么是晶闸管

晶闸管是可控硅,按照导通方向可以分为单向SCR和双向Triac,以单向可控硅为例,介绍其半导体结构,如下图所示。

SCR由四层半导体构成,具有三个PN结,如果斜着劈开的话,可以看作是PNP三极管和NPN三极管构成的。可控硅的控制方式比较特殊。

对于单向可控硅而言,在触发极加正向触发电压的同时,在阳极和阴极之间加正向电压,则可控硅导通。导通后,把控制信号移除,可控硅仍然处于导通状态。要使可控硅关断有如下两个方法:

1.移除触发信号,同时减小阳极电流使其小于维持电流;

2.移除触发信号,同时将阳极的电源切断。

双向可控硅具有四个工作象限,可以参考下图。

3 MOS管和可控硅的区别

MOS管的区别主要体现在作用和区别上。

两者都可以作为功率开关来使用,但是MOS管还具有信号放大作用,而可控硅不具有信号放大作用。MOS管作为开关时开关速度要高于可控硅。

从控制方式上,MOS的VGS只要满足条件就可以导通,移除控制信号后,MOS管就可以关断。可控硅在导通时,除了控制信号以外,还需要阳极和阴极之间有正向电压。并且控制信号移除后,还需要将阳极的电压切除或者使电流小于维持电流后才可以关断。

可控硅的控制方式比MOS管要麻烦。

可控硅电路符号如下图所示。

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晶闸管又称可控硅,其与场效应管一样,皆为半导体器件,它们的外形封装也基本一样,但它们在电路中的用途却不一样。▲ TO-220封装的BT136双向晶闸管。▲ TO-220封装的N沟道MOS场效应管。

晶闸管可分为单向晶闸管和双向晶闸管两种。它们在电子电路中可以作为电子开关使用,用来控制负载的通断;可以用来调节交流电压,从而实现调光、调速、调温。另外,单向晶闸管还可以用于整流。

晶闸管在日常中用的很广,像家里用的声控灯,一般采用BT169、MCR100-6这类小功率单向晶闸管作为电子开关驱动灯泡工作。在白炽灯泡无级调光或电风扇无级调速电路中,常用BT136这类大功率的双向晶闸管来实现调光或调速。▲ 双向晶闸管的电路符号。▲ MOS场效应管的电路符号。

场效应管属于单极型半导体器件,其可以分为结型场效应管和MOS场效应管两种,每种类型的场效应管又有P沟道和N沟道之分。场效应管在电子电路中既可以作为放大器件用来放大信号,又可以作为开关器件用来控制负载的通断,故场效应管的用途比晶闸管更广一些。

在功放电路中,采用VMOS场效应管作为功率放大元件,可以提高音质;在开关电路中,驱动电机等大电流负载时,选用MOS场效应管作为电子开关,可以减轻前级驱动电路的负担(若选用晶闸管的话,需要从前级电路汲取较大的驱动电流)。

综上,场效应管和晶闸管的区别就是:场效应管既可以放大信号,亦可以作为高速电子开关控制负载的通断,同时还可以实现调速、调光、调温等功能,而晶闸管不能用来构成放大器放大信号,用作电子开关时,工作频率也不及场效应管高,只能用于低速控制。


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场效应管和晶闸管都是常见的功率负载驱动器件

虽然场效应管和晶闸管都是由P型和N型半导体构成,样子也长得非常像,但它们的功能是完全不同的。场效应管是电压驱动型器件,常用于驱动工作电压不高的直流负载;晶闸管也叫可控硅,是电流触发型器件,常用于驱动电压较高、功率较大的负载。

场效应管

场效应管根据内部结构排列不同,分为N沟道和P沟道两种。N沟道场效应管的衬底是P型半导体,P沟道的场效应管的衬底是N型半导体。

当在场效应管的栅极(G)施加电压时,栅极(G)和硅衬底之间的SiO2绝缘层中就会产生一个栅极(G)指向硅衬底的电场。氧化物层两边形成一个电容,门极电压等于对电容充电,受电压吸引,电容另一边聚集大量电子,形成导电沟道,MOS管开始导通,电流可以从漏极(D)流向源极(S),也可以从源极(S)流向漏极(D)。

场效应管的导通内阻很小,往往可以用来驱动工作电流很大的负载,电工动具、开关电源、DC-DC升压电路都会应用到场效应管。使用场效应管需要注意它的门极开启电压(Vgs),栅极(G)施加的电压需要满足它的要求才可以让场效应管稳定、可靠的导通。

晶闸管

晶闸管又叫可控硅,分单向晶闸管(可控硅)和双向单向晶闸管(可控硅),可用应用于大功率负载的驱动。比如发热管、交流电机等。

单向晶闸管(可控硅):只能单向导通,在G极施加一个触发电流后,它就会导通,电流从A极流向K极。导通后,停止提供触发电流,晶闸管还会维持导通。直至关断负载电压或者负载电压反向。

双向晶闸管(可控硅):可以双向导通,在G极施加一个触发电流后,电流可以从T1极流向T2极,也可以从T2极流向T1极。双向可控硅往往应用于交流负载器件的驱动。驱动双向可控硅,需要在交流电每个过零点后都施加触发电流。

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