BJT VS. MOSFET: ¿Cuál es la diferencia?

En todo proyecto de diseño electrónico, la elección del transistor puede ser decisiva. Los transistores de unión bipolar (BJT) y los transistores de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET) son dos transistores de uso común en circuitos electrónicos. Si bien ambos tipos pueden utilizarse para amplificación y conmutación, sus principios y aplicaciones subyacentes difieren significativamente.

Aquí analizaremos las diferencias, ventajas y desventajas de los BJT y los MOSFET. Te guiaremos para elegir el transistor adecuado para tu proyecto de diseño electrónico. Al finalizar, comprenderás dónde usar cada uno y por qué.

¿Qué es un BJT?

Un transistor de unión bipolar (BJT) es un dispositivo controlado por corriente que amplifica o conmuta señales eléctricas. Consta de tres capas dopadas de material semiconductor, con dos uniones formadas dentro de un transistor. Las capas de un BJT se denominan:

· Emisor:Una capa que suministra portadores de carga.

· El pareo de bases:La capa interna controla el flujo de portadores de carga.

· Coleccionista:Una capa que recoge los portadores de carga del emisor.

Principio de funcionamiento del BJT

El funcionamiento de un BJT gira en torno al control de la corriente. Cuando una pequeña corriente fluye hacia la unión base-emisor, una gran corriente fluye entre el colector y el emisor. Este principio se conoce generalmente como amplificación de corriente. La base actúa como regulador, controlando así la corriente colector-emisor.

Las operaciones clave del BJT se pueden resumir de la siguiente manera:

· Flujo de electrones (en tipo NPN) o de huecos (en tipo PNP).

· Control mediante corriente de base.

¿Qué es un transistor NPN?

El transistor NPN es un tipo de BJT que contiene una capa semiconductora de tipo P intercalada entre dos capas semiconductoras de tipo N.

¿Qué es un transistor PNP?

Un transistor PNP es un tipo de BJT en el que una capa de tipo N está intercalada entre dos capas de tipo P.

Características clave del BJT

· Alta ganancia de corriente:Esto es ideal para amplificar señales débiles.

· Sensibilidad a la temperaturaEs más probable que el rendimiento se degrade a temperaturas más altas.

· Manejo analógico:Adecuado para aplicaciones analógicas debido a su funcionamiento lineal.

Comparación entre diferentes tipos de amplificadores BJT

¿Qué es un MOSFET?

MOSFET es la abreviatura de "Transistor de Efecto de Campo Semiconductor de Óxido Metálico". Es básicamente un dispositivo controlado por voltaje que se utiliza tanto para aplicaciones de conmutación como de amplificación. Consta de tres partes principales que se describen a continuación:

· Puerta de sonido:Se utiliza para controlar el MOSFET.

· Fuente:Proporciona portadores de carga.

· Eliminación:Recibe portadores.

En un MOSFET, existe una fina capa de óxido entre la puerta y el canal, que aísla y evita el flujo de corriente continua, lo que convierte al MOSFET en un dispositivo altamente eficiente.

¿Qué es un MOSFET de modo de agotamiento?

Un MOSFET de modo de agotamiento es un tipo de MOSFET que normalmente está activado incluso con voltaje de puerta a fuente (VGS) cero. Esta característica de "normalmente activado" permite que el MOSFET conduzca corriente por defecto, como un interruptor cerrado. En los diagramas de circuitos, un MOSFET de modo de agotamiento se representa mediante una línea de canal continua, que indica la presencia de un canal activo (conductor) con polarización de puerta cero.

Para apagar un MOSFET de agotamiento de canal n, necesitamos aplicar un voltaje de puerta a fuente negativo (-VGS). Esta polarización negativa agota el canal de electrones libres, deteniendo el flujo de corriente. Por el contrario, si aumentamos VGS en la dirección positiva, el canal recibe más electrones, por lo tanto, aumenta el flujo de corriente.

En un MOSFET de canal p, la situación es la contraria. Al aplicar una polarización de puerta positiva +VGS, se vacía el canal de huecos y se desactiva. Mientras que una polarización de puerta negativa -VGS permite un mayor flujo de corriente.

Aunque los MOSFET de modo de agotamiento no son comunes entre los diseñadores debido a que sus contrapartes de modo de mejora (que normalmente están desactivados a VGS = 0), pueden usarse en ciertas aplicaciones que requieren que un dispositivo esté activado por defecto. Considérelos como interruptores "normalmente cerrados" que se abren con el voltaje de compuerta adecuado.

¿Qué es un MOSFET de modo de mejora?

Los MOSFET en modo de mejora son un tipo de transistores MOS ampliamente utilizados. Su comportamiento es diferente al de los transistores en modo de agotamiento. En un modo de mejora, el canal normalmente está "OFF" cuando no hay voltaje de puerta a fuente (VGS = 0 V).

En los diagramas de circuitos, el canal se representa con una línea discontinua. Esto indica que la corriente no fluye por defecto.

MOSFET de mejora de canal N

Normalmente APAGADO: Cuando VGS = 0 no hay camino por donde pueda fluir la corriente.

Encendiendo: Cuando VGS supera un cierto voltaje umbral VTH, los electrones son atraídos a la región bajo la puerta, creando (o "mejorando") un canal conductor. La corriente puede fluir del drenador a la fuente.

Más voltaje, más corriente: a medida que aumenta VGH más allá de VTH, el canal se vuelve aún mejor en la conducción, por lo que hay más flujos de corriente.

Analogía del interruptor: Piense en ello como un interruptor “normalmente abierto”: al aplicar un voltaje positivo se cierra el interruptor y permite el paso de la corriente.

MOSFET de mejora de canal P

Normalmente APAGADO: Cuando VGS = 0 no fluye corriente.

Encendiendo: Cuando aplicamos un voltaje negativo de puerta a fuente, se crea un canal conductor atrayendo agujeros.

Cuanto mayor sea el voltaje negativo, mayor será la corriente: aumentar el voltaje negativo hará que el canal sea más conductor, lo que permitirá un mayor flujo de corriente.

Analogía del interruptor: Para un MOSFET de canal p, un voltaje negativo en la puerta “cierra” el interruptor, mientras que un voltaje cero o positivo mantiene el interruptor abierto.

Para resumir, Los MOSFET de modo de mejora comienzan con un canal abierto (sin conducción) y requieren una tensión de compuerta (positiva para el canal n, negativa para el canal p) para "mejorar" o crear una ruta conductora. Por eso se les llama dispositivos "normalmente abiertos": solo permiten el flujo de corriente cuando la tensión de compuerta es suficientemente diferente de la tensión de la fuente.

Principio de funcionamiento de MOSFET

En un MOSFET, el flujo de corriente se controla mediante un campo eléctrico. Al aplicar un voltaje a la compuerta, este aumenta (mejora) o disminuye (disminuye) la conductividad del canal entre la fuente y el drenador. Todo este proceso se basa en un campo eléctrico, no en el flujo de corriente. Los MOSFET pueden gestionar las corrientes con precisión y mínima pérdida de potencia.

¿Por qué se prefieren los MOSFET en un circuito?

Los MOSFET tienen una estructura de control rápida. Con solo variar el voltaje en la puerta, podemos regular la corriente que fluye entre la fuente y el drenador. Los MOSFET son dispositivos eficientes y de ajuste fino, lo que los convierte en la mejor opción para diseñar circuitos robustos de electrónica de potencia.

¿Por qué deberíamos utilizar un MOSFET en lugar de un BJT?

Si comparamos BJT vs MOSFET, ofrece las siguientes características:

Mayor impedancia de entrada: El MOSFET prácticamente no consume corriente en la puerta. Esta es la razón principal por la que hemos reducido el consumo de energía en el lado de control.

Rendimiento mejorado de alta frecuencia: El MOSFET es un dispositivo semiconductor de conmutación rápida. Esta característica lo hace ideal para RF (radiofrecuencia) y otras aplicaciones de alta velocidad.

Características clave del MOSFET

A continuación se resumen las características básicas de los MOSFET:

Alta impedancia de entrada: Corriente de compuerta extremadamente baja y consumo mínimo de energía.

Cambio rápido: El control rápido de encendido y apagado lo hace adecuado para circuitos de alta frecuencia.

Bajo consumo de energía: Primera opción de circuitos electrónicos eficientes.

BJT vs MOSFET: Una breve comparación

Comparación entre BJT y MOSFET como amplificador

Comparemos las ventajas y desventajas de los amplificadores BJT y MOSFET. Esta comparación te ayudará a elegir el transistor adecuado para tu proyecto.

Amplificadores BJT

Puntos fuertes: Sus características lineales los convierten en fuertes candidatos para circuitos de audio y analógicos donde la fidelidad de la señal es crucial.

Alta ganancia de corriente: Los amplificadores BJT producen una salida suave y consistente para aplicaciones de audio/baja frecuencia.

Amplificadores MOSFET

Puntos fuertes: Son la primera opción para configuraciones de RF (radiofrecuencia) y alta potencia debido a su velocidad y eficiencia.

Menos distorsión: Los amplificadores MOSFET ofrecen una distorsión extremadamente baja y mantienen la claridad de la señal en un amplio espectro, especialmente en frecuencias más altas.

Comparación entre BJT y MOSFET como interruptor

Definamos cuándo utilizar MOSFET y cuándo utilizar BJT en nuestras aplicaciones de conmutación.

BJT como interruptor

Ventajas: Los transistores BJT son dispositivos económicos y fáciles de usar. Son adecuados para diversas tareas de bajo consumo.

Desventajas:  Las velocidades de conmutación de los BJT son más lentas que las de los MOSFET. Además, presentan altas pérdidas de potencia, lo que los hace descartables para circuitos de conmutación eficientes y rápidos.

MOSFET como interruptor

Ventajas: Los MOSFET son candidatos ideales para aplicaciones de alta velocidad como SMPS (fuentes de alimentación de modo conmutado) y controladores de motores debido a la conmutación rápida y la baja resistencia de encendido.

Desventajas:  Los MOSFET de alta potencia suelen ser costosos, pero su eficiencia y robustez de control compensan los costos iniciales.

Tipos de MOSFET: NMOS vs. PMOS

BJT VS MOSFET: ¿Cuál elegir?

Para amplificadores

· Si necesita linealidad y alta ganancia de corriente, utilice BJT como en los amplificadores de audio.

Los MOSFET destacan por su rápida conmutación y alta eficiencia. Ideales para amplificadores de alta frecuencia y alta potencia.

Para aplicaciones de conmutación

Los MOSFET son ideales para un control rápido de encendido y apagado con mínima pérdida de potencia. Ofrecen buena estabilidad térmica.

· Los BJT son ideales para diseños simples y de bajo costo donde la frecuencia de conmutación es moderada o no crítica.

Resumen

Al elegir entre un BJT o un MOSFET, primero debe definir sus requisitos. Debe definir si se usará como interruptor o amplificador, si el circuito es de alta velocidad o no, y si se debe diseñar un circuito eficiente o simplemente un control normal.

Los transistores BJT son ideales para la amplificación analógica. Ofrecen un diseño económico, mientras que los MOSFET destacan en aplicaciones de alta velocidad y eficiencia energética. Al comprender las ventajas y desventajas de cada uno, podemos elegir el transistor que ofrezca el rendimiento óptimo para su proyecto específico de diseño de electrónica de potencia.