MOSFETs และ BJTs แตกต่างกันอย่างไร (จากมุมมองการวิเคราะห์วงจร)

เมื่อทำการวิเคราะห์วงจรที่มีทรานซิสเตอร์ในตัวมันจะสร้างความแตกต่างได้อย่างไรเมื่อพวกเขาเป็น MOSFET หรือ BJT

transistors analysis

คำตอบที่ฉันเขียนสำหรับคำถามอื่นนี้ใช้กับคำถามนี้: electronics.stackexchange.com/questions/14440/ …

ความแตกต่างหลัก / หยาบ: มอสเฟตเป็นแรงดันไฟฟ้าและควบคุมความต้านทานของช่องทางต้านทานแบบสองทิศทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ กระแสศูนย์ (กำลังไฟ 0 ดังนั้น) ต้องเก็บค่า BUT จำนวนมาก แต่จะต้องถูกกวาดเข้าและออกจากเกตเพื่อปรับเปลี่ยนไดรฟ์กระแสสูงมากที่เกท | BJTs เป็นตัวขับเคลื่อนกระแสและควบคุมชุมทางทิศทางเดียวซึ่งความสามารถในการผ่านกระแสจะถูกควบคุม ฐานต้องการกระแสที่เกี่ยวข้องกับตัวสะสมกระแสไฟฟ้าดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีกระแสไฟฟ้าสถิตย์ ในบางสถานการณ์การใช้ไดรฟ์ภายนอกและวงจรป้อนกลับจะช่วยให้ MOSFET & BJT สามารถสับเปลี่ยนกันได้

— รัสเซลแม็คมาฮอน

เป็นไปได้ซ้ำของเมื่อจะใช้ทรานซิสเตอร์อะไร

— Olin Lathrop

คำตอบ:

จากมุมมองของการออกแบบความแตกต่างที่เห็นได้ชัดที่สุดคือกระแสฐาน: ขณะที่รัสเซลกล่าวว่าขั้วสองขั้วนั้นเป็นตัวขับเคลื่อนกระแสซึ่งหมายความว่ากระแสที่ไหลเข้าสู่ตัวสะสมจะเป็นสัดส่วนกับกระแสที่ไหลในฐาน (และตัวส่ง จะส่งออกผลรวมสำหรับ KCL); MOSFET แทนมีความต้านทานประตูสูงมากและเพียงแค่ใส่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า treshold จะเปิดใช้งาน

$h_{FE}$

ในทางกลับกันการได้รับคงที่อาจไม่เพียงพอที่จะใช้เป็นสวิตช์ซึ่งอินพุตกำลังไฟต่ำถูกใช้เพื่อเปิดการโหลดกระแสสูง: ในกรณีนั้นการกำหนดค่าดาร์ลิงตัน (BJT สองชั้นแบบต่อเนื่อง) สามารถช่วยได้ แต่ MOS ไม่ได้มีปัญหานี้เพราะการได้รับในปัจจุบันนั้นแทบไม่มีที่สิ้นสุด

อีกแง่มุมที่อาจเกี่ยวข้องกันคือ MOS ที่ถูกควบคุมโดยการชาร์จใน Gate ไม่ชอบให้มันลอย (ไม่ได้เชื่อมต่อ): ในกรณีนั้นมันมีการสัมผัสกับเสียงรบกวนและจะทำให้เกิดพฤติกรรมที่คาดเดาไม่ได้ (อาจเป็นไปได้ ทำลาย) BJT ที่ต้องการกระแสไฟฟ้าพื้นฐานมีความแข็งแกร่งในแง่นี้มากกว่า

โดยทั่วไปแล้ว BJTs จะมีขีด จำกัด ที่ต่ำกว่า (ประมาณ 0.7 V เทียบกับ 1+ V สำหรับ MOS) แต่สิ่งนี้ขึ้นอยู่กับอุปกรณ์และไม่ได้ใช้งานเสมอไป

— clabacchio
แหล่งที่มา

ฉันได้เห็น MOSFETs กินกระแสไฟฟ้าจำนวนมากที่เกทอย่างแน่นอน (คุณเพิกเฉยต่อความจุของเกทและประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์สำหรับความถี่ในการทำงานที่สูงขึ้น) !! มันไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้องถ้าคุณไม่พูดถึงโมเดลที่อยู่ด้านหลังของทรานซิสเตอร์ ... มิฉะนั้นคำอธิบายของคุณจะดูเหมือนกฎหลายอย่างที่มาจากผู้ที่รู้ว่าทรานซิสเตอร์นั้นทำตาม ... รายชื่อกฎทั้งหมดที่ทรานซิสเตอร์จะตามมา นำไปสู่หลาย ๆ ถ้าและแม้กระทั่งความขัดแย้งมากขึ้น โปรดอ้างอิงโมเดลมันพูดด้วยตัวของมันเอง :)

— gmagno

@ gmagno เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับแบบจำลองทุกวันลำดับที่สองและผลกระทบความถี่สูงการพึ่งพาอุณหภูมิและผลกระทบของช่องทางสั้น ฉันแค่พยายามให้คำแนะนำแก่ OP เกี่ยวกับสิ่งที่คาดหวังเมื่อมองหาวงจรที่มีทรานซิสเตอร์ และมีบางสิ่งที่แบบจำลองไม่ได้พูดและมีแนวโน้มที่จะพบได้ในเอกสารข้อมูลทางเทคนิค ฉันแค่เรียนรู้ว่ามีหลายสิ่งที่ฉันคิดจากความรู้เชิงทฤษฎีว่าผิด

— clabacchio

ฉันคิดว่ามันยุติธรรมและมีประโยชน์ที่จะอธิบายว่า MOSFET ในอุดมคติแตกต่างจาก BJT ในอุดมคติอย่างไรและเนื่องจาก MOSFET ในอุดมคติไม่มีความจุเกตของประตูมันจึงไม่เหลือกระแสเกต ในทางกลับกันมันจะเป็นประโยชน์หากพูดถึงวิธีการเชิงคุณภาพที่ MOSFET และ BJTs แตกต่างจากโมเดลในอุดมคติของพวกเขา ความจุของเกตควรเป็นส่วนหนึ่งของความร้อนนั้น ความประพฤติของ BJT ดีขึ้นเมื่อพวกเขาร้อนในขณะที่ MOSFET ดำเนินการแย่ลงจึงส่งผลกระทบต่อสถานการณ์ที่นำไปสู่เสถียรภาพทางความร้อนและที่ทำให้เกิดความร้อนหนี

— supercat

@supercat ตกลงฉันเห็นด้วยกับคุณทั้งคู่และฉันก็คิดว่าพวกเขาเข้าใจวิธีการทำงานได้ดีขึ้น สิ่งที่ฉันพูดคือบ่อยครั้งที่มันไม่มีประโยชน์ที่จะรู้สมการ Ids ของทรานซิสเตอร์ MOS เพราะมันมีพารามิเตอร์ที่แผ่นข้อมูลไม่มี ดังนั้นการใช้มันจะทำให้ติดขัด

— clabacchio

@clabacchio: ฉันมักจะคิดว่ามอสเฟตมีแรงดันเกทด้านล่างซึ่งพวกเขา "ปิด" แรงดันอีกด้านหนึ่งที่พวกเขา "เปิด" และจะดำเนินการกระแสไฟฟ้าขั้นต่ำจำนวนหนึ่ง (อาจมากกว่านั้นถ้ามี) และแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลายซึ่งพวกเขาอาจทำสิ่งที่พวกเขาต้องการ ไม่ใช่โมเดลที่มีรายละเอียดมาก แต่เป็นรุ่นที่ตรงกับความเป็นจริงค่อนข้างดีในส่วนที่กำหนดและที่กำหนดไว้เพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์หลายประการ

— supercat

ความแตกต่างเชิงปริมาณ:

มันขึ้นอยู่กับประเภทของวงจรและระดับแรงดันไฟฟ้าที่คุณใช้งาน แต่โดยทั่วไปแล้วการพูดทรานซิสเตอร์ (BJT หรือ FET) เป็นองค์ประกอบ "ซับซ้อน" (โดยที่ซับซ้อนฉันหมายถึงมันไม่ได้เป็นตัวต้านทานตัวเก็บประจุตัวเหนี่ยวนำหรือแหล่งจ่ายแรงดัน / กระแสอุดมคติ) ซึ่งหมายถึงจากจุดวิเคราะห์วงจร ในมุมมองที่คุณควรเลือกรุ่นที่เหมาะสมสำหรับทรานซิสเตอร์เช่นวงจรที่ทำจากส่วนประกอบ "ไม่ซับซ้อน" ที่แสดงพฤติกรรมของทรานซิสเตอร์ (google สำหรับรุ่น Hybrid-pi) เพื่อวิเคราะห์ ตอนนี้ถ้าคุณดูทั้งรุ่น BJT และ MOSFET คุณจะสามารถเปรียบเทียบได้ในเชิงปริมาณและเข้าใจความแตกต่าง วิธีที่คุณเลือกรุ่นที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ ได้แก่

ความถูกต้อง
ความซับซ้อน
หากเป็นสัญญาณขนาดเล็กหรือใหญ่

(เพียงเพื่อชื่อไม่กี่)

ความแตกต่างเชิงคุณภาพ:

ตรวจสอบโพสต์บางส่วนเกี่ยวกับทรานซิสเตอร์ที่นี่ในฟอรัม (เช่น David Kessner's)

— gmagno
แหล่งที่มา

ขออภัยที่ไม่ตอบคำถามนี้เป็นเพียงวิธีนามธรรมและปรัชญาเพื่อแก้ไขปัญหา เพียงแค่พูดถึงกระแสฐานจะดีกว่า

— clabacchio

การพูดถึงกระแสฐานจะประเมินคำถามต่ำเกินไป ฉันมักจะพยายามช่วยด้วยแนวคิดแทนที่จะ จำกัด คำตอบของฉันให้ชัดเจนและสิ่งที่ได้ยินในชั้นเรียน

— gmagno

ในการวิเคราะห์วงจรสิ่งนี้จะสร้างความแตกต่างเพราะแบบจำลองไฟฟ้าเทียบเท่าของ BJT นั้นแตกต่างจาก FET เพราะเมื่อพวกเขาพูดก่อนที่ลักษณะของ BJT จะไม่เหมือน FET

อย่างที่คุณเห็นจากภาพนี้ รุ่นเทียบเท่าของ FET

และนี่เป็นเพราะตัวต้านทานอินพุตขนาดใหญ่ของ FET

โดยวิธีถ้าเราใช้การกำหนดค่าที่ไม่น่าพอใจตัวต้านทานอินพุตของฉันกลายเป็นเล็ก ๆ ว่าเกิดอะไรขึ้นเมื่อเราใช้เกตทั่วไปหรือฐานทั่วไป

— yahya tawil
แหล่งที่มา