Разница между биполярным транзистором (BJT) и MOSFET: какой выбрать для своего проекта


Если вы изучаете мир электроники и хотите узнать больше о транзисторах и полевых МОП-транзисторах для вашего предстоящего проекта, вы попали по адресу. В этой статье мы обсудим основные принципы работы биполярных транзисторов (в англ.BJT - BipolarJunctionTransistor) и МОП-транзисторов (MOSFET).

Разница между биполярным транзистором (BJT) и MOSFET

До появления полупроводников (особенно транзисторов) единственными устройствами, доступными для усиления и переключения сигналов, были вакуумные лампы. И когда мы говорим об электронных лампах, первое, что приходит на ум, — это большое громоздкое устройство, внутри которого находятся электронные лампы. Им требуется высокое рабочее напряжение (они много едят!), поэтому, к несчастью для них, общество сделало их неэффективными сотрудниками, и их уволили. Транзисторы — новые сотрудники, и пока все хорошо! Тогда актуальный вопрос заключается в том, кто из BJT и MOSFET должен получить награду «Сотрудник года»? ))

Что выбрать для своего проекта - BJT или MOSFET

Также на нашем сайте вы можете прочитать статью про основные принципы работы и применение биполярных NPN транзисторов.

Биполярный переходной транзистор (BJT)

Биполярный переходной транзистор (BJT) был изобретен в 1948 году в Bell Telephone Laboratories. Биполярность в названии означает тот факт, что в этом транзисторе для проводимости тока используются как дырки , так и электроны. Как и любой транзистор, BJT может усиливать сигнал или переключать мощную нагрузку, используя очень слабый сигнал. С точки зрения архитектуры BJT, в игру вступают три важных термина. Это области (regions), переходы (junctions) и режимы работы. Биполярный транзистор разделен на три области по признаку легирования. Он имеет сильно легированную область эмиттера, слегка легированную область базы область и умеренно легированную область коллектора область.

Структура биполярного транзистора (BJT)

Второй термин – переходы. Каждый BJT имеет два PN-перехода, называемые переходом эмиттер-база (EB) и переходом коллектор-база (CB). В зависимости от смещения этих двух переходов биполярный транзистор может работать в разных режимах.

Режим работы Переход эмиттер-база Переход коллектор-база
Отключение (используется для переключения) Обратное смещение Обратное смещение
Активный (используется для усиления) Прямое смещение Обратное смещение
Реверсивно-активный Обратное смещение Прямое смещение
Насыщения (используется для переключения Прямое смещение Прямое смещение

Итого набралось 4 режима

Почему BJT называют лучшим транзистором?

Что ж, BJT нелегко повредить статическим электричеством, они дешевле и их легче смещать, чем MOSFET. В связи с этим можно с уверенностью сказать, что биполярный транзистор  — более надежный кандидат. Они являются предпочтительным вариантом для слаботочных приложений, таких как переключение слаботочных релесветодиодов и усилителей .

Мы называем BJT переключающим устройством, поскольку оно не потребляет много энергии для регулирования. Вы можете спросить: «Как это происходит?» Это из космоса ? Но ответ на самом деле прост. Чтобы работать в качестве разомкнутого переключателя, BJT работает в режиме отключения, здесь ток коллектора равен нулю, что означает, что в идеале BJT потребляет нулевую мощность. С другой стороны, чтобы работать как закрытый переключатель, BJT работает в режиме насыщения, имеет высокий ток коллектора и нулевое напряжение коллектора, что означает, что в идеале BJT потребляет нулевую мощность.

Помните предложение: «Они являются предпочтительным вариантом для слаботочных приложений»? Выделите термин слаботочный. BJT — это высоковольтные слаботочные устройства. Это означает, что в нормальных условиях эксплуатации BJT может выдерживать десятки ампер, выдерживая при этом до тысячи вольт и более.

MOSFET (МОП-транзистор)

MOSFET означает «металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор» . Может показаться, что объединение пяти слов только для названия одного устройства — это слишком лишнее, но название имеет смысл, поскольку оно описывает как структуру, так и работу устройства.

Металлооксидный МОП-транзистор имеет три области: исток, сток и затвор. Он состоит из легированного полупроводника. Две области, исток и сток расположены поверх легированного полупроводника. Между истоком и стоком имеется оксидный слой, выполняющий роль изолятора. Поверх оксидного слоя находится металлическая пластина для установки конструкции затвора. Вот почему в названии присутствует оксид металла.

Конструкция MOSFET (МОП-транзистора)

Эффект поля.  Название объясняет, как работает этот транзистор. Напомним, что структура МОП-транзистора такова, что область затвора расположена поверх изолирующего оксидного слоя. Это делает затвор электрически изолированным от остальной части схемы. Однако его электрическая изоляция не мешает ему контролировать поток тока от истока к стоку. И снова вопрос: «КАК?» Когда на затвор-исток подается напряжение, создается электрическое поле, которое управляет проводящим путем между истоком и стоком. Вот почему МОП-транзистор известен как тип полевого транзистора.

Наконец, MOSFET, в отличие от BJT, является униполярным транзистором. Это означает, что ток проводится либо через поток электронов (N-канальный МОП-транзистор) , либо через поток дырок (P-канальный МОП-транзистор).

Почему MOSFET называют лучшим транзистором?

Начнем с того, что MOSFET имеют более высокую скорость переключения и меньшие потери при переключении, чем BJT. Биполярные транзисторы имеют частоты переключения до сотен кГц, а МОП-транзисторы могут легко переключать устройства в диапазоне МГц. Таким образом, для высокочастотных приложений, где потери на переключение играют важную роль в общих потерях мощности, предпочтительным является МОП-транзистор. Разработчики цифровых схем могут уменьшить размеры MOSFET с меньшими затратами на производство, чем BJT. МОП-транзисторы широко используются в устройствах памяти, а также в микропроцессорах. Какой транзистор используется в процессоре? FinFET, которые представляют собой разновидность MOSFET-транзисторов.

Да, MOSFET дороже, чем BJT. Их более высокая цена вполне объяснима, поскольку они не страдают от вторичной проблемы с поломкой, как у BJT. Они также имеют положительный температурный коэффициент сопротивления, что упрощает параллельную работу. Параллельная работа — это метод проектирования, который пригодится, когда нужно увеличить пропускную способность схемы. Это просто параллельное соединение транзисторов, когда ток в цепи больше, чем может выдержать один транзистор.

Схемы драйвера затвора MOSFET проектировать проще, чем базовую схему драйвера BJT. Причина этого в том, что в электронике, как правило, легче обеспечить постоянное напряжение, чем постоянный ток. Итак, к счастью для МОП-транзисторов, поскольку они являются устройствами, управляемыми напряжением, ими становится легче управлять. С другой стороны, BJT представляют собой устройства с управлением по току, поэтому с ними все немного сложнее.

Сравнение биполярного транзистора и MOSFET

Биполярный транзистор MOSFET
Биполярное устройство Однополярное устройство
Высоковольтное слаботочное устройство Низковольтное сильноточное устройство
Более низкая скорость переключения Высокая скорость/частота переключения
Трудно управлять Легко управлять
Более дешевый Более дорогой
Крепкий Легко повредить статическим электричеством
Легко сместить Трудно сместить
Отрицательный температурный коэффициент Положительный температурный коэффициент
Подходит для слаботочных применений Подходит для сильноточных и высокочастотных применений

Как видим, число факторов, по которым отличаются биполярный и МОП-транзисторы, достаточно велико.

Какой лучше?

Некоторые говорят BJT, а другие говорят MOSFET. У людей разные ответы, потому что они используют их для разных приложений. Например, BJT лучше подходят для слаботочных приложений, а MOSFET — для сильноточных. Чтобы выбрать, какой транзистор лучше подходит для вашего проекта, правильно оцените ключевые параметры вашего проекта, такие как бюджет, требуемая скорость переключения, максимальное напряжение и номинальный ток проекта. На основании этого можно выбрать лучшего кандидата (MOSFET или BJT) для выполнения этой задачи.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
39 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *