使用配置为二极管的晶体管

电器工程 晶体管 二极管
2022-01-13 17:15:00

我遇到了许多将晶体管连接为二极管(栅极连接到漏极)的电路。我知道其中一些电路出于安全原因使用这种晶体管,但我无法弄清楚其他电路的原因。

我的问题:除了我提到的那个之外,将晶体管连接为二极管还有什么原因吗?我的一些同事建议它们可能用于实现高电阻,但我认为以这种配置连接晶体管(\$V_{g} = V_{d}\$)将迫使晶体管工作在饱和区,而不是在线性区域。我对吗?

4个回答

以二极管配置连接的 NMOS:

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

由于栅极和漏极短路,因此以下饱和条件始终成立:

$$V_{DS}>V_{GS}-V_T$$

这意味着一旦\$V_{DS}>V_T\$,晶体管就会开始导通并进入饱和状态。

在饱和状态下(在二极管模式下替换 \$V_{GS}=V_{DS}\$):

$$I_{DS}=\mu C_{ox} \frac{W}{2L} (V_{DS}-V_T)^2$$

该器件的等效电阻为:

$$R=\frac {V_{DS}}{I_{DS}}=\frac{2L}{W} \frac{1}{\mu C_{ox}} \frac{V_{DS}}{( V_{DS}-V_T)^2}$$

现在你可以看到等效电阻可以通过改变晶体管的尺寸来控制(\$W\$, \$L\$)。

然而,这个电阻不是恒定的——它取决于施加的偏置。这很糟糕,但这并不是说您在集成电路中有太多选择(您可以通过各种技术实现精密电阻,但它们通常很昂贵)。

从积极的方面来说 - 有许多应用不需要精确的电阻。

你能用二极管连接的晶体管实现一个大电阻吗?是的。有两种方法:

  • 长而窄的晶体管
  • 确保 \$V_{DS}\$ 不会超过 \$V_T\$

然而,集成电路中的“大”电阻与作为分立元件的大电阻不同——在集成电路中,所有电阻都相对较低。

首先,我假设海报将流失与收集器混淆。如果他在谈论 MOSFET 或 JFET,请忽略本文的其余部分。

在精密模拟电子设备中,将双极晶体管用作二极管是一种常见做法。目的是获得非常低的泄漏二极管。例如,使用基极发射极结的 3904 型晶体管将具有 <1pA 的反向泄漏。但是,它会变成一个 6.8V 左右的齐纳二极管。适用于 5V 和更低电压的逻辑电路。以基极为阳极,集电极为阴极,可实现更高的电流和反向电压。仍然是 10pA 左右的出色低泄漏二极管,现在您可以获得晶体管的额定电压和改进的电流。这将不是一个高速二极管。通过将集电极与基极(阳极)短路并使用发射极作为阴极来实现更高的速度。但是,反向电压必须限制在 <5V。

使用 MOSFET 和其他类型的晶体管作为二极管连接的另一个目的是用于电流镜电路,其中二极管连接的结将在温度范围内跟踪有源元件的结。

在一些成本敏感的产品(例如廉价的电子新奇玩具或游戏)中,在以下情况下用晶体管替换二极管可能会节省 0.01 美元。

如果电路中有 5 个晶体管和一个二极管,并且没有特别奇特的信号要求,那么用一个额外的晶体管替换二极管意味着您的物料清单中的项目(二极管)减少了,并且只需增加晶体管的数量1,在大规模批量生产中,当购买大量零件时,可以节省大量成本(每单位)。

这也有次要好处......

  • 制造商可以在其拾放机器上使用更少的卷轴,从而节省时间、金钱和维护。

  • 产品中的零件较少,过时的问题就不那么严重了。

我无法提供技术细节,但 MOSFET 被用作乐器效果踏板(如吉他失真踏板)中的削波二极管。搜索 Mad Professor Fire Red fuzz 原理图将向您展示这是如何实现的。然而,在原理图中,它显示了连接在一起的漏极和源极。这可能只是追踪原始电路的人的错误。但它应该让您了解 MOSFET 晶体管用作二极管的另一种方式。

希望这个对你有帮助。