Unterschied zwischen BJT und MOSFET -Transistor

BJT- oder MOSFET -Transistoren sind in unzähligen elektronischen Schaltkreisen nützlich.Wenn Sie den Unterschied zwischen ihnen kennen, können Sie Ihr Design ausmachen oder brechen.In diesem Leitfaden lernen Sie alles, was Sie brauchen - von der Funktionsweise von BJT und MOSFET, ihren Vor- und Nachteilen, Anwendungen und mehr.

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Abbildung 1. BJT gegen MOSFET

Was ist BJT?

Abbildung 2. bjt

Ein bipolarer Junction -Transistor oder BJT ist eine kleine, aber nützliche Komponente in der Elektronik.Es wurde aus drei gestapelten Siliziumschichten gebaut, die zwei P-N-Verbindungen bilden.Diese Kreuzungen definieren drei funktionale Regionen: den Emitter, die Basis und den Sammler.

Der Emitter ist stark dotiert, um Ladungsträger zu injizieren, während die Basis - dünn und leicht dotiert - als Kontrolltor für den Stromfluss wirkt.Der Sammler versammelt die Träger und ermöglicht es dem Transistor, Signale zu verstärken oder Ströme in einer Schaltung zu wechseln.

BJTs wurden als Festkörperalternative zu sperrigen und fragilen Vakuumröhren eingeführt.Ihre kompakte Größe, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit machten sie zu einem erforderlichen Element in frühen elektronischen Geräten.

Was ist MOSFET?

Abbildung 3. MOSFET

Ein MOSFET (Metal-Oxid-Semiconductor-Feld-Effekt-Transistor) wird weit verbreiteter Transistor zum Schalten und Verstärkungssignalen für elektronische Signale verwendet.

Was einen MOSFET auseinander setzt, ist die dünne Isolierschicht - typisch aus Siliziumdioxid -, die das Tor vom darunter liegenden Kanal trennt.Diese Schicht wirkt wie eine Barriere und ermöglicht es dem Tor, den Strom im Kanal ohne direkten elektrischen Kontakt zu beeinflussen.Infolgedessen fließt fast kein Strom in das Tor selbst, was den Stromverlust dramatisch verringert.

Diese Fähigkeit, den Strom mit Spannung zu steuern-ohne einen signifikanten Energieabfluss-, macht MOSFETs ideal für Anwendungen mit geringer Leistung.Sie sind besonders wichtig für die CMOS-Technologie (komplementäre Metal-Oxid-Sämungstechnologie), wobei sowohl die N-Kanal- als auch die P-Kanal-MOSFETs zu zweit kombiniert werden.Dieses komplementäre Design ermöglicht es digitale Schaltkreise, zwischen den Staaten schnell zu wechseln und gleichzeitig minimaler Strom zu verbrauchen.

BJT vs. MOSFET Arbeitsbetrieb

Arbeitsprinzip von BJT

Bipolare Junction Transistors (BJTs) wirken als aktuell kontrollierte Geräte.Wie in Abschnitt 1 erwähnt, verfügt es über drei Terminals: die Emitter (E) Region, die Basis (b) Region & Collector (C) Region.Der in das Basisanschluss fließende Strom reguliert den größeren Strom zwischen Kollektor und Emitter.Diese Beziehung ermöglicht einen kleinen Eingangsstrom an der Basis, einen viel größeren Ausgangsstrom über den Kollektor zu steuern.

Das folgende Diagramm zeigt eine Common-Emitter-Konfiguration, die eines der am häufigsten verwendeten BJT-Setups ist:

Abbildung 4. Bipolarversorgungstransistor Arbeitsoperation

In diesem Setup ändert das Einstellen der Basis-Emitter-Spannung den Basisstrom.Diese Änderung beeinflusst direkt den Sammlerstrom und zeigt die Fähigkeit des Transistors, den Strom zu verstärken.

Arbeitsprinzip von MOSFET

Wie in Abschnitt 2 erläutert, arbeitet die MOSFET als spannungsgesteuerte Gerät.Es hat auch drei Klemmen: Tor, Quelle und Abfluss.Der Schlüsselunterschied liegt darin, wie es den Strom steuert.Anstatt Strom am Tor zu verwenden, verwendet das MOSFET eine Spannung, um einen leitenden Kanal zwischen Quelle und Abfluss zu bilden oder zu blockieren.

Das Tor wird durch eine dünne Metalloxidschicht vom Kanal isoliert.Diese Isolierung verringert den Stromverlust und verhindert, dass Strom in das Tor fließt und zur hohen Effizienz des MOSFET beiträgt.

Das folgende Diagramm zeigt die interne Struktur und den Stromfluss eines typischen MOSFET:

Abbildung 5. MOSFET -Blockdiagramm

Wenn eine positive Spannung auf das Gate-Anschluss angewendet wird, erzeugt sie ein elektrisches Feld, das Löcher im P-Typ-Substrat abwehrt und Elektronen anzieht und einen leitenden Kanal vom Typ N bildet.Dadurch kann der Strom von Drain zu Quelle fließen.Da das Gate diesen Vorgang mit fast keinem Eingangsstrom steuert, werden MOSFETs in digitalen Schaltkreisen mit hoher Leistung mit hoher Leistung wie CMOS-Logik häufig eingesetzt.

Arten von BJT und MOSFET

Arten von BJT

Bipolare Junction-Transistoren (BJTs) entstehen durch Schichten von Halbleitermaterialien vom Typ N-Typ und P-Typ.Die spezifische Anordnung dieser Schichten definiert die Art des Transistors.Es gibt zwei primäre Formen: NPN und PNP.

Npn bjt

Ein NPN-Transistor besteht aus einer dünnen Region vom P-Typ, die zwischen zwei Regionen vom Typ N-Typ positioniert ist.Diese drei Regionen bilden den Emitter-, Basis- und Sammlerterminals.In diesem Setup wird der Emitter (eine N-Typ-Schicht) stark dotiert, um Elektronen effizient in die Basis zu injizieren.Die Basis (p-Typ) wird sehr schmal und leicht dotiert gehalten, sodass die meisten Elektronen durch sie gehen und den Sammler (ein weiterer Bereich vom N-Typ) erreichen, in dem sie gesammelt werden.

Der Transistor beginnt zu leiten, wenn ein kleiner Strom auf die Basis aufgetragen wird.Dieser Basisstrom öffnet einen Weg für einen viel größeren Strom, der vom Kollektor zum Emitter fließt.Da Elektronen die Mehrheitsträger in dieser Konfiguration sind, bietet der NPN -Typ eine schnellere Umschaltung und eine größere Effizienz - die Verschlüsse, die ihn ideal machen Signalverstärkung Und Hochgeschwindigkeitsschaltkreise.

Abbildung 6. NPN BJT -Symbol

Das Schaltungssymbol für einen NPN -BJT -Transistor enthält einen Pfeil am Emitterterminal, der von der Basis entfernt ist.Dieser Pfeil zeigt die Richtung des herkömmlichen Stromflusss (von positiv nach negativ), wenn der Transistor aktiv ist.

PNP BJT

Ein PNP-Bipolar-Junction-Transistor besteht aus einer dünnen Region vom P-Typ, die zwischen zwei Regionen vom P-Typ platziert ist.Wenn in einer Schaltung verwendet wird, tritt der Strom durch den Emitter ein und verlässt den Kollektor.Der Transistor wird aktiv, wenn die Basisspannung niedriger ist als die Emitterspannung.

Diese Art von Transistor wird typischerweise in Konfigurationen verwendet, in denen die Last mit dem Boden verbunden ist, sodass der Strom durch die positive Versorgung durch den Transistor zur Last fließen kann.

Abbildung 7. PNP BJT

In schematischen Symbolen ist der Emitter mit einem nach innen zeigenden Pfeil markiert, was die Richtung des herkömmlichen Stromflusses in den Transistor anzeigt.

Arten von MOSFET

Basierend auf ihrem Betrieb werden MOSFETs in zwei Typen eingeteilt: Verbesserungsmodus und Depletion -Modus.

Verbesserungsmodus MOSFET

Ein Verbesserungs -MOSFET bleibt ausgeschaltet, wenn auf das Tor keine Spannung aufgetragen wird.Es erfordert eine positive Gate-Spannung (für N-Kanal-Typen), um einen leitenden Pfad zwischen Quelle und Abfluss zu bilden.Dieser Typ ist ideal für das Schalten von Anwendungen, da er nur dann ausgeführt wird, wenn er ausgelöst wird.

Abbildung 8. Verbesserungsmodus MOSFET

Der zerbrochene Kanal im Symbol zeigt, dass der Strom erst fließt, wenn eine Gatespannung angewendet wird.

Depletion -Modus MOSFET

Der Depletion -MOSFET ist normalerweise eingeschaltet.Es leitet Strom auch ohne Gate -Spannung.Um es auszuschalten oder die Leitung zu reduzieren, wird eine negative Gate-Spannung (für N-Kanal-Typen) angewendet.Dieser Typ funktioniert gut in Schaltungen, bei denen der Stromfluss standardmäßig benötigt wird.

Abbildung 9. MOSFET des Depletionsmodus

Der feste Kanal im Symbol zeigt an, dass das MOSFET ohne Gate -Eingang leitfähig ist.

BJT- und MOSFET -Vor- und Nachteile

Bipolar -Junction -Transistor (BJT)

Vorteile	Nachteile
Hoher Gewinn und starker Strom Verstärkung	Höherer Stromverbrauch als MOSFETs
Bessere Leistung in niedriger Frequenz Anwendungen	Langsamere Schaltgeschwindigkeit
Kann große Strömungen effektiv umgehen	Erzeugt mehr Wärme, erfordert richtig Kühlung
Einfacher Vorbiegungs- und linearer Betrieb	Komplexer zu fahren aufgrund der Basis Aktuelle Anforderung
Unter bestimmten Bedingungen mehr robuste	Niedrigere Eingangsimpedanz, die zu mehr führt Laden vor den vorangegangenen Schaltungen
Bevorzugt für analoge Schaltungen aufgrund von Bessere Linearität	Nicht ideal für Hochfrequenz oder Digitale Anwendungen mit geringer Leistung

MOSFET (Metalloxid-Sämiener-Feld-Effekt-Transistor)

Vorteile	Nachteile
Hohe Eingangsimpedanz, was sehr führt Niedriger Eingangsstrom	Empfindlicher gegenüber statischer Entladung (ESD Schaden)
Schnellere Schaltgeschwindigkeit, ideal für Hochfrequenzanwendungen	Komplexere und kostspieligere Fertigung Verfahren
Geringer Stromverbrauch, insbesondere in Digitale Schaltungen	Kann unter thermischen Ausreißer leiden, wenn nicht ordnungsgemäß verwaltet
Ausgezeichnet für die Integration in ICs aufgrund von kleine Größe und Skalierbarkeit	Erfordert eine sorgfältige Handhabung während Installation, um Gate -Schäden zu vermeiden
Einfacher zu fahren (spannungskontrollierte, nein Strom am Tor erforderlich)	Hat höher hohe Stromniveaus
Bevorzugt in Power Electronics & Anwendungen umschalten	Schwellenspannung kann mit variieren mit Temperatur- und Herstellungstoleranzen

BJT vs MOSFET: Was ist besser für Verstärker und Schalten?

Bei der Gestaltung von Schaltungen hängt die Auswahl zwischen einem BJT (Bipolar Junction Transistor) und einem MOSFET (Metal-Oxid-Semiconductor-Feld-Effekt-Transistor) von der benötigten Leistung ab.Beide haben unterschiedliche Stärken - BJTs Excel in der aktuellen Amplifikation, während MOSFETs eine bessere Effizienz und Geschwindigkeit bieten.Eine Zusammenfassung von Seite an Seite finden Sie in Abschnitt 5.

BJT -Verstärker

BJTs sind ideal, um kleine Signale zu verstärken, insbesondere in analogen und Audioanwendungen.Ihr hoher Stromverstärkung ermöglicht es ihnen, schwache Eingangssignale präzise zu steigern.Sie bieten auch eine gute Linearität, was bedeutet, dass sie Eingangssignale genau reproduzieren - wichtig für Klangqualität und analoge Signalintegrität.Darüber hinaus verarbeiten BJTs gute Stromlasten gut, wodurch sie für Stromversorgungsschaltungen geeignet sind.

BJTs sind jedoch weniger energieeffizient als MOSFETs.Sie erzeugen mehr Wärme, insbesondere bei Hochleistungs-Setups, für die häufig Kühlkörper für das thermische Management erforderlich ist.Dies begrenzt ihre Verwendung in batteriebetriebenen oder kompakten Geräten, bei denen Wärme und Stromverbrauch minimiert werden müssen.

MOSFET -Verstärker

MOSFETs sind bekannt für ihre Effizienz und schnelle Schaltgeschwindigkeit.Als spannungsgesteuerte Geräte zeichnen sie wenig Gate-Strom, was zu einem geringeren Stromverlust und einer verringerten Wärme führt.Diese Funktionen machen sie zu einer guten Wahl für energiesparende und hochfrequente Anwendungen wie Netzteile, Schaltwandler und RF-Systeme.

Trotzdem bieten MOSFETs in der Regel eine geringere Stromverstärkung als BJTs, was ein Nachteil bei Schaltkreisen sein kann, die eine hohe Signalverstärkung benötigen.Sie reagieren auch empfindlicher gegenüber Spannungsänderungen und erfordern eine präzise Gate -Steuerung für einen zuverlässigen Betrieb.

Mosfet als Schalter

Wie bereits beschrieben, wirken MOSFETs aufgrund ihrer schnellen Reaktion und des geringen Stromverbrauchs als effiziente Schalter.Wenn die Gate -Spannung unter dem Schwellenwert liegt, bleibt das MOSFET aus und blockiert den Strom.Sobald die Gatespannung über den Schwellenwert steigt, schaltet sie ein und ermöglicht den Strom mit minimalem Widerstand.

Dieses effiziente Schaltverhalten macht MOSFETs die bevorzugte Option in digitalen Schaltkreisen, Puls-Width-Modulation (PWM) und Stromkontrollsystemen.Ihr Ausgang mit geringer Wärme verringert auch den Kühlungsbedarf, was bei kompakten oder tragbaren Konstruktionen nützlich ist.

BJT als Schalter

BJTs können auch gut wie Schalter funktionieren.Im Grenzzustand fließt kein Strom, da der Basis-Emitter-Übergang umgekehrt ist.Im Sättigungszustand sind beide Kreuzungen vorwärts gerichtet, sodass der vollständige Strom durch den Transistor fließen kann.

Um ein BJT einzuschalten, wenden Sie eine kleine Spannung auf die Basis an, die den Stromfluss vom Sammler auf Emitter aktiviert.Das Entfernen dieser Basisspannung schaltet den Transistor aus.Dieser einfache Betrieb macht BJTs für grundlegende Schaltaufgaben zuverlässig.

Unterschiede zwischen BJT und MOSFET

Merkmal	BJT (Bipolar -Junction -Transistor)	MOSFET (Metal-Oxid-Sämieuruduktor FET)
Kontrollmethode	Stromkontrolliert (erfordert Basis aktuell)	Spannung kontrolliert (erfordert ein Tor Stromspannung)
Eingangswiderstand	Niedrig	Hoch
Ausgangsimpedanz	Hoch	Niedrig
Geschwindigkeitswechsel	Langsamer	Schneller
Stromverbrauch	Höher (kontinuierlicher Basisstrom erforderlich)	Niedriger (fast Null -Gate -Strom)
Struktur	Drei Schichten: Emitter, Basis, Sammler	Vier Schichten: Quelle, Tor, Abfluss, Substrat
Antriebsfähigkeit	Hoch (Griffe große Strömungen)	Medium
Betriebstemperatur	Leistungen unter hohen Temperaturen besser ab	Weniger tolerant gegen Heizung
Geräuschimmunität	Niedriger (leicht durch Rauschen betroffen)	Höher (bessere Geräuschimmunität)
Frequenzgang	Gut bei niedrigen bis mittleren Frequenzen	Ausgezeichnet bei hohen Frequenzen
Linearität	Besser für analoge lineare Operationen	Begrenzte Linearität (besser für digital Schalten)
Thermal Stabilität	Stabiler (negative Temperatur Koeffizient)	Weniger stabil (positive Temperatur Koeffizient)
Kosten	Im Allgemeinen billiger	Im Allgemeinen teurer
ESD -Empfindlichkeit	Weniger elektrostatisch empfindlich Entladung	Sensibler, erfordert Schutz
Verhalten gewinnen	Hohe Verstärkung, kann aber mit der Temperatur variieren	Hoher Verstärkung, stabil im digitalen Umschalten
Sättigungsspannungsabfall	~ 200 mV über den Collector-Emitter (VCE)	~ 20 mV über Drain-Source (VDS)
Eingabestrompegel	Milliamps zu Mikroamps	Picoamps
Eingangsimpedanz	Niedrig	Hoch
Gerätetyp	Bipolar (verwendet Elektronen und Löcher)	Unipolar (verwendet hauptsächlich eine Art von Ladung Träger)

Wann kann BJT und MOSFET verwendet werden?

Die Entscheidung, ob Sie einen BJT (Bipolar Junction Transistor) oder einen MOSFET (Field-Effect-Transistor) (Metal-Oxid-Semiconductor-Transistor) verwenden möchten, hängt von den spezifischen Bedürfnissen Ihres Schaltkreises ab, wie Geschwindigkeit, Leistungsbehandlung, Effizienz und Kosten.

Verwenden Sie ein BJT, wenn Sie eine hohe Stromverstärkung und eine starke Signalverstärkung benötigen.BJTs eignen sich ideal für niederfrequente analoge Aufgaben wie Audioamplifikation, bei denen eine konsistente Signalqualität wichtig ist.Sie sind auch gut zu niedrigen Spannungsschaltungen und kostengünstigen Designs geeignet, die keinen schnellen Umschalten benötigen.Da BJTs aktuell kontrolliert sind, bieten sie in einigen analogen Anwendungen eine bessere Kontrolle.

Verwenden Sie ein MOSFET, wenn Ihr Design schnell umschaltet, geringem Stromverlust oder Hochfrequenzleistung erforderlich ist.MOSFETs funktionieren dank ihrer Effizienz und schnellen Reaktion gut in digitalen Schaltungen, Netzteilen und batteriebetriebenen Geräten.Sie sind spannungsgesteuerte, so dass sie weniger Antriebsleistung verwenden. Sie machen sie zu einer besseren Option für energiesparende Hochgeschwindigkeitssysteme.