Différences entre les transistors MOS et les transistors à trois électrodes

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Les transistors MOS sont utilisés dans les circuits à haute fréquence et à haute vitesse, dans les applications nécessitant de forts courants, ainsi que là où le contrôle du courant au niveau du base ou du drain est particulièrement sensible. Le transistor fonctionne grâce au mouvement des porteurs de charge. Prenons par exemple un suiveur d’émetteur de type npn : que la base soit soumise ou non à une tension, la jonction pn formée par la région de base et la région d’émetteur empêche la diffusion des porteurs majoritaires (des holes dans la région de base et des électrons dans la région d’émetteur). Après avoir présenté les utilisations de ces deux types de composants, quelle est la différence entre le MOSFET et le transistor ? 1. Nature de fonctionnement : le transistor est contrôlé par le courant, tandis que le MOSFET est contrôlé par la tension. 2. Coût : les transistors sont bon marché, tandis que les MOSFETs sont chers. 3. Problème de consommation d’énergie : forte perte au niveau des transistors. 4. Les principes de contrôle sont différents : les transistors MOS sont contrôlés par une tension, tandis que les triodes sont contrôlées par un courant. 5. Coûts de fabrication différents : les transistors MOS sont chers, tandis que les triodes sont bon marché. 6. Consommation d’énergie différente : la consommation d’énergie des transistors MOS est faible, tandis que celle des triodes est élevée. 7. Capacité de commande différente : les transistors MOS sont souvent utilisés pour les interrupteurs d’alimentation ainsi que dans les circuits de commutation à forte intensité de courant, tandis que les transistors bipolaires sont généralement utilisés pour les interrupteurs d’alimentation ainsi que dans les circuits de commutation à faible intensité de courant. 8, Capacité de commande : les transistors MOS sont souvent utilisés comme interrupteurs d’alimentation, ainsi que dans les circuits d’interruption à forte intensité de courant. En réalité, c’est parce que les transistors sont moins chers, faciles à utiliser, et sont fréquemment employés pour le contrôle par commutation dans les circuits numériques. Les transistors MOS sont utilisés dans les circuits à haute fréquence et à haute vitesse, dans les applications nécessitant de forts courants, ainsi que là où le contrôle du courant au niveau du base ou du drain est particulièrement sensible. Lorsque seule une faible quantité de courant peut être prélevée sur la source de signal, il convient d’utiliser un transistor MOS ; tandis que lorsque la tension du signal est faible et qu’une plus grande quantité de courant peut être prélevée sur la source de signal, il convient d’utiliser un transistor bipolaire. Les transistors MOS peuvent fonctionner avec des courants très faibles et des tensions très basses, et leur procédé de fabrication permet d’intégrer facilement de nombreux transistors MOS sur une même puce en silicium ; c’est pourquoi ils sont largement utilisés dans les circuits intégrés. Le transistor MOS est une source de courant contrôlée par la tension ; la tension de commande et le courant appartiennent à des branches distinctes, ce qui rend généralement simple la détermination de la tension. Ensuite, on obtient la valeur du courant à partir de l’expression du courant de drain, puis on effectue une analyse du modèle pour déterminer la transconductance et la résistance de sortie. Quant au transistor bipolaire, il faut d’abord établir son modèle avant d’analyser le circuit ; le processus de résolution, en particulier les calculs, est très complexe et sujet aux erreurs. Dans l’ensemble, je pense que l’analyse des transistors MOS est un peu plus simple que celle des transistors bipolaires.

Différences entre les transistors bipolaires et les transistors MOS :
1. Dans un transistor bipolaire, tant les trous que les électrons libres participent à la conduction ; on parle alors de dispositif bipolaire, représenté par BJT. Le transistor MOS, lui, ne permet que la conduction d’un seul type de porteur ; on l’appelle dispositif unipolaire, représenté par FET. Comme la concentration du porteur conducteur n’est pas affectée par la température extérieure, la lumière ou les rayonnements, le FET est plus adapté dans des conditions environnementales très changeantes. C’est aussi la raison pour laquelle on dit souvent que les transistors MOS sont plus stables.
2. Lorsqu’ils fonctionnent en mode amplification, le jonction émetteur-base d’un transistor bipolaire est polarisée positivement, ce qui génère un courant de base ; c’est donc un dispositif contrôlé par le courant, avec une résistance d’entrée relativement faible, d’environ 10³ Ω. Le FET, quant à lui, n’a pas de courant à la grille lorsqu’il fonctionne en mode amplification ; c’est donc un dispositif contrôlé par la tension, avec une très grande résistance d’entrée : celle d’un JFET dépasse 10⁷ Ω, et celle d’un MOS dépasse 10⁹ Ω.
3. La source et le drain d’un transistor MOS sont symétriques sur le plan structurel et peuvent être utilisés de manière interchangeable (il convient cependant de noter que parfois le fabricant a déjà mis en court-circuit la source et le substrat à l’intérieur du transistor, ce qui empêche leur interchangeabilité). Pour les MOS de type épuisé, la tension VGS peut être positive, négative ou nulle, ce qui offre une grande flexibilité d’utilisation. Les collecteur et l’émetteur d’un transistor bipolaire ne peuvent généralement pas être utilisés de manière interchangeable.
4. Lorsqu’ils fonctionnent à basse tension et faible courant, les FET peuvent servir de résistances linéaires variables contrôlées par la tension ainsi que de commutateurs électroniques sans contact ayant une très faible résistance de conduction.
5. La technologie de fabrication des transistors MOS est simple et leur consommation d’énergie est faible, ce qui les rend adaptés à l’intégration à grande échelle. Les transistors bipolaires ont un gain élevé, une distorsion non linéaire faible et des performances stables. Dans les circuits à composants discrets ainsi que dans les intégrés de taille moyenne et petite, les transistors bipolaires restent prédominants.
6. La caractéristique de transfert d’un transistor bipolaire (la relation ic-vbe) varie selon une loi exponentielle, tandis que celle d’un transistor à effet de champ varie selon une loi quadratique ; par conséquent, la distorsion non linéaire des transistors MOS est plus importante que celle des transistors bipolaires.
7. Les trois configurations de base des transistors MOS (source commune, drain commun et grille commune) peuvent être comparées aux configurations émetteur-commun, collecteur-commun et base-commune des transistors bipolaires. Comme il n’y a pas de courant à la grille du transistor à effet de champ, sa résistance d’entrée R’i ≈ ∞. La transconductance gm est d’un ordre de grandeur inférieur à celle des transistors bipolaires ; on peut la déterminer en dérivant la caractéristique de transfert. 8. Le transistor peut être considéré comme un dispositif qui contrôle une source de courant par le biais de la courant, et cette courant est exprimée par la valeur de la résistance d’entrée ; en revanche, le MOSFET est un dispositif qui contrôle une source de courant par le biais de la tension. 9. Méthode pour mémoriser les courbes caractéristiques des quatre types de transistors MOS : il suffit de se souvenir de la courbe du transistor EMO à canal n, dont le Vgs est supérieur à 0 et dont la courbe monte. Pour le transistor EMO à canal p, le Vgs est inférieur à 0 et la courbe descend. Le Vgs du DMOS présente à la fois des valeurs supérieures à 0 et des valeurs inférieures à 0 ; en suivant la caractéristique de courbe ascendante pour le canal n et descendante pour le canal p, on peut mémoriser la courbe caractéristique du DMOS. 10. Le MOSFET est un élément contrôlé par la tension, tandis que le transistor à trois électrodes est un élément contrôlé par le courant ; le MOSFET utilise les porteurs de charge majoritaires pour la conduction, c’est pourquoi il est appelé dispositif unipolaire, tandis que le transistor à trois électrodes utilise à la fois les porteurs majoritaires et minoritaires pour la conduction, ce qui en fait un dispositif bipolaire ; la flexibilité du MOSFET est supérieure à celle du transistor à trois électrodes ; la technologie de fabrication du MOSFET convient mieux aux circuits intégrés.