BJT VS. MOSFET: Vad är skillnaden?

I varje elektronikdesignprojekt kan valet av transistor avgöra om projektet blir avgörande eller misslyckas. Bipolära övergångstransistorer (BJT) och metalloxidhalvledarfälteffekttransistorer (MOSFET) är två vanligt förekommande transistorer i elektroniska kretsar. Även om båda typerna kan användas för förstärkning och omkoppling skiljer sig deras underliggande principer och tillämpningar avsevärt från varandra.

Här kommer vi att gå igenom skillnaderna, styrkorna och svagheterna hos både BJT:er och MOSFET:er. Vi kommer att vägleda dig i hur du väljer rätt transistor för ditt elektronikdesignprojekt. Till slut kommer du att förstå var du ska använda var och en och varför.

Vad är en BJT?

En bipolär övergångstransistor (BJT) är en strömstyrd enhet som förstärker eller kopplar om elektriska signaler. Den består av tre dopade lager av halvledarmaterial, med två övergångar bildade inuti en transistor. Lagren i en BJT kallas:

· SändareEtt lager som förser laddningsbärare.

· BasDet inre lagret styr flödet av laddningsbärare.

· CollectorEtt lager som samlar laddningsbärarna från emittern.

Arbetsprincip för BJT

Funktionen hos en BJT kretsar kring strömreglering. När en liten ström flyter in i bas-emitter-övergången, flyter en stor ström mellan kollektor och emitter. Denna princip kallas vanligtvis strömförstärkning. Basen fungerar som en regulator och styr därmed kollektor-emitterströmmen.

BJT:s viktigaste operationer kan sammanfattas enligt följande:

· Flöde av elektroner (i NPN-typ) eller hål (i PNP-typ).

· Styrning via basström.

Vad är en NPN-transistor?

NPN-transistor är en typ av BJT som innehåller ett P-typ halvledarlager inklämt mellan två N-typ halvledarlager.

Vad är en PNP-transistor?

En PNP-transistor är en typ av BJT där ett N-typlager är inklämt mellan två P-typlager.

Viktiga egenskaper hos BJT

· Hög strömförstärkningDetta är idealiskt för att förstärka svaga signaler.

· TemperaturkänslighetPrestandan försämras mer sannolikt vid högre temperaturer.

· Analog hanteringLämplig för analoga tillämpningar tack vare dess linjära drift.

Jämförelse mellan olika typer av BJT-förstärkare

Vad är en MOSFET?

MOSFET är kortnamnet för "Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor". Det är i grunden en spänningsstyrd enhet som används för både omkopplings- och förstärkningstillämpningar. Den har tre huvuddelar som beskrivs nedan:

· PortAnvänds för att styra MOSFET:n.

· KällaDen tillhandahåller laddningsbärare.

· TömDen tar emot bärare.

I en MOSFET finns ett tunt oxidlager mellan grinden och kanalen, vilket isolerar och förhindrar likströmsflödet, vilket gör MOSFET till en mycket effektiv enhet.

Vad är en MOSFET i utarmningsläge?

En MOSFET i utarmningsläge är en typ av MOSFET som normalt är PÅ även vid noll gate-till-source-spänning (VGS). Denna "normalt på"-egenskap gör att MOSFET:n kan leda ström som standard, precis som en sluten brytare. I kretsscheman representeras en MOSFET i utarmningsläge av en heldragen kanallinje, vilket indikerar närvaron av en aktiv (ledande) kanal vid noll gate-förspänning.

För att stänga av en n-kanals MOSFET med utarmning måste vi applicera en negativ gate-to-source-spänning (-VGS). Denna negativa förspänning utarmar kanalen på fria elektroner, vilket stoppar strömflödet. Om vi ​​däremot ökar VGS i positiv riktning får kanalen fler elektroner, vilket ökar strömflödet.

För en p-kanalutarmnings-MOSFET är det motsatta. När vi applicerar en positiv gate-bias +VGS, utarmas kanalen på hål och den stängs av. Medan en negativ gate-bias -VGS tillåter mer ström att flyta.

Även om MOSFET-transistorer i utarmningsläge inte är vanliga bland konstruktörer, kan deras motsvarigheter i förstärkningsläge (som normalt är avstängda vid VGS = 0) användas i vissa tillämpningar som kräver att en enhet är "PÅ" som standard. Tänk på dem som "normalt stängda" brytare som du kan öppna med rätt gatespänning.

Vad är en MOSFET med förstärkningsläge?

Enhancement-mode MOSFET-transistorer är en vanligt förekommande typ av MOS-transistorer. De beter sig annorlunda än utarmningsmodstransistorer. I en enhancement-mode är kanalen normalt "AV" när det inte finns någon gate-to-source-spänning (VGS = 0 V).

I kretsscheman representeras kanalen av en streckad linje. Detta indikerar att strömmen inte flyter som standard.

N-Channel Enhancement MOSFET

Normalt AV: Vid VGS = 0 finns det ingen väg för strömmen att flyta.

Slå PÅ: När VGS överstiger en viss tröskelspänning VTH attraheras elektroner till området under grinden, vilket skapar (eller "förstärker") en ledande kanal. Ström kan nu flyta från drainen till sourcen.

Mer spänning, mer ström: När du ökar VGH bortom VTH blir kanalen ännu bättre på att leda, så det finns mer strömflöden.

Switchanalogi: Tänk på det som en "normalt öppen" brytare – om en positiv spänning appliceras stängs brytaren och strömmen passerar.

P-Channel Enhancement MOSFET

Normalt AV: Vid VGS = 0 flyter ingen ström.

Slå PÅ: När vi applicerar negativ gate-to-source-spänning skapar den en ledande kanal genom att attrahera hål.

Ju högre den negativa spänningen är, desto mer ström blir det: Att öka den negativa spänningen gör kanalen mer ledande, vilket möjliggör mer strömflöde.

Switchanalogi: För en p-kanal MOSFET "stänger" en negativ spänning vid gate switchen, medan en noll- eller positiv spänning håller switchen öppen.

För att sammanfatta, MOSFET-transistorer i förstärkningsläge börjar med en öppen kanal (ingen ledning) och kräver en gatespänning (positiv för n-kanal, negativ för p-kanal) för att "förstärka" eller skapa en ledande bana. Det är därför vi kallar dem "normalt öppna" komponenter: de tillåter bara ström att flyta när gatespänningen skiljer sig tillräckligt från källspänningen.

Arbetsprincip för MOSFET

I en MOSFET styrs strömflödet av ett elektriskt fält. När en spänning appliceras på gate-transistorn ökar (förstärker) eller minskar (utarmar) den konduktiviteten i kanalen mellan source och drain. Hela denna process är beroende av ett elektriskt fält snarare än strömflödet. MOSFET-transistorer kan hantera strömmar exakt med minimal effektförlust.

Varför är MOSFET-transistorer att föredra i en krets?

MOSFET-transistorer har en snabb styrstruktur. Genom att variera spänningen vid gate-transistorn kan vi reglera hur mycket ström som flyter mellan source och drain. MOSFET-transistorer är effektiva och finjusterade komponenter, vilket gör dem till ett förstahandsval för att designa robusta kraftelektroniska kretsar.

Varför ska vi använda en MOSFET istället för en BJT?

Om vi ​​jämför BJT vs MOSFET, erbjuder den följande funktioner:

Högre ingångsimpedans: MOSFET drar nästan ingen ström vid gate. Detta är den främsta anledningen till att vi har minskat strömförbrukningen på styrsidan.

Förbättrad högfrekvent prestanda: MOSFET är en snabbväxlande halvledarkomponent. Denna egenskap gör den idealisk för RF (radiofrekvens) och andra höghastighetstillämpningar.

Viktiga egenskaper hos MOSFET

Sammanfattat är de grundläggande egenskaperna hos MOSFET:er:

Hög ingångsimpedans: Extremt låg gateström och minimal strömförbrukning.

Snabbväxling: Snabb på/av-kontroll gör den lämplig för högfrekventa kretsar.

Låg energiförbrukning: Första valet av effektiva elektronikkretsar.

BJT VS MOSFET: En kort jämförelse

Jämförelser av BJT VS. MOSFET som förstärkare

Låt oss jämföra för- och nackdelarna med BJT- och MOSFET-förstärkare. Denna jämförelse kommer säkerligen att hjälpa dig att välja rätt transistor för ditt projekt.

BJT-förstärkare

Styrkor: Deras linjära egenskaper gör dem till starka kandidater för ljud- och analoga kretsar där signalkvaliteten är mycket avgörande.

Hög strömförstärkning: BJT-förstärkare producerar jämn och konsekvent utsignal för ljud-/lågfrekvensapplikationer.

MOSFET-förstärkare

Styrkor: De är förstahandsvalet för RF (radiofrekvens) och högeffektsinstallationer på grund av deras hastighet och effektivitet.

Mindre distorsion: MOSFET-förstärkare erbjuder extremt låg distorsion och bibehåller signalens klarhet över ett brett spektrum, särskilt vid högre frekvenser.

Jämförelse av BJT och MOSFET som switch

Låt oss definiera när vi ska använda MOSFET och när vi ska använda BJT i ​​våra switchingapplikationer.

BJT som en switch

Alla tillgångar på ett och samma ställe BJT:er är billiga enheter och enkla att använda. De är lämpliga för många strömsnåla uppgifter.

Nackdelar: BJT:er har lägre kopplingshastigheter jämfört med MOSFET:er. De har också höga effektförluster, vilket avgör deras avvisning för effektiva och snabba kopplingskretsar.

MOSFET som en switch

Alla tillgångar på ett och samma ställe MOSFET-transistorer är idealiska kandidater för höghastighetsapplikationer som SMPS (Switched Mode Power Supplies) och motorstyrenheter på grund av snabb omkoppling och lågt motstånd.

Nackdelar: Högeffekts-MOSFET:er är ofta kostsamma, men deras effektivitet och styrningsrobusthet kompenserar för de initiala kostnaderna.

MOSFET-typer: NMOS VS PMOS

BJT VS MOSFET: Vilken ska man välja?

För förstärkare

· Om du behöver linjäritet och hög strömförstärkning, använd BJT:er som i ljudförstärkare.

· MOSFET-transistorer överträffar prestandan tack vare snabb omkoppling och hög effektivitet. Bäst för högfrekventa och högeffektsförstärkare.

För switchapplikationer

· MOSFETS är idealiska för snabb på/av-styrning med minimal effektförlust. De erbjuder god termisk stabilitet.

· BJT:er är utmärkta för enkla och billiga konstruktioner där switchfrekvensen är måttlig eller inte kritisk.

Sammanfattning

När du måste bestämma dig mellan en BJT eller en MOSFET bör du först utforma dina krav. Du måste först begränsa om den ska användas som en switch eller en förstärkare, om kretsen är höghastighetskrets eller inte, om vi måste designa en effektiv krets eller bara en vanlig styrning.

BJT:er är idealiska för analog förstärkning. De erbjuder budgetvänlig design, medan MOSFET:er presterar bättre i höghastighets- och energieffektiva applikationer. Genom att förstå de unika styrkorna och begränsningarna hos varje transistor kan vi välja den transistor som ger optimerad prestanda för just ditt kraftelektronikdesignprojekt.