MOSトランジスタとバイポーラトランジスタの違い

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MOSトランジスタは、高周波・高速回路や大電流の場面、またベースやドレインの制御電流に敏感な場所で使用される。トランジスタはキャリアの動きによって動作します。npnトランジスタのエミッタフォロワーを例にとると、ベースに電圧が印加されているかどうかにかかわらず、ベース領域とエミッタ領域で構成されるPN結が多数キャリア（ベース領域ではホール、エミッタ領域では電子）の拡散運動を防ぎます。これら二つの用途について説明した後、MOSトランジスタとトランジスタにはどのような違いがあるのでしょうか？1、動作原理：トランジスタは電流によって制御され、MOSトランジスタは電圧によって制御されます。2、コストの問題：トランジスタは安価で、MOSトランジスタは高価です。 3、消費電力の問題：トランジスタの損失が大きい。 4、制御原理が異なる：MOSトランジスタは電圧で制御され、バイポーラトランジスタは電流で制御される。 5、コストが異なる：MOSトランジスタのコストは高く、バイポーラトランジスタのコストは低い。 6、消費電力が異なる：MOSトランジスタの消費電力は低く、バイポーラトランジスタの消費電力は高い。 7、駆動能力が異なる：MOSトランジスタは電源スイッチや大電流用のスイッチ回路によく使用され、バイポーラトランジスタは電源スイッチや小電流用のスイッチ回路によく使用される。 8、駆動能力：MOSトランジスタは、電源スイッチや大電流が流れる回路のスイッチとしてよく使用されます。実際にはトランジスタの方が安く、使いやすく、デジタル回路のスイッチ制御によく使われます。MOSトランジスタは、高周波・高速回路や大電流の場面、またベースやドレインの制御電流に敏感な場所で使用される。 信号源からの電流を少なく取る場合のみMOSトランジスタを選び、信号電圧が低く、信号源からの電流を多く取ってもよい場合はバイポーラトランジスタを選ぶべきである。MOSトランジスタは、非常に小さな電流と低い電圧の条件下でも動作でき、その製造工程によって多数のMOSトランジスタを1枚のシリコンウェーハ上に容易に集積することができるため、大規模集積回路において広く利用されている。 MOSトランジスタは電圧制御型の電流源であり、制御電圧と電流は別々の回路に属しているため、電圧の算出は一般的に難しくない。その後、ドレイン電流の式から電流値を求め、さらにモデル解析を行ってゲインと出力抵抗を算出する。一方、バイポーラトランジスタではまずモデルを構築し、その後回路解析を行うが、特に計算過程が複雑で誤りが生じやすい。全体的に見て、MOSトランジスタの解析の方がバイポーラトランジスタよりも簡単だと思う。

バイポーラトランジスタとMOSトランジスタの違い：
1. バイポーラトランジスタではホールと自由電子の両方が導電に関与し、バイポーラ素子と呼ばれ、BJTで表される。一方、MOSトランジスタでは多価電子のみが導電し、モノポーラ素子と呼ばれ、FETで表される。多価電子の濃度は外部の温度や光、放射線の影響を受けないため、環境が急激に変化する条件下ではFETの方が適している。これが通常、MOSトランジスタの方が安定していると言われる理由である。
2. 過剰動作状態では、バイポーラトランジスタのエミッタ結合は正方向にバイアスされ、ベース電流が流れ、電流制御型素子となり、対応する入力抵抗は約10³Ωと小さい。一方、FETは過剰動作状態でもゲート電流が流れず、電圧制御型素子となり、入力抵抗は非常に大きく、JFETの入力抵抗は10⁷Ω以上、MOSトランジスタの入力抵抗は10⁹Ω以上である。
3. MOSトランジスタのソース極とドレイン極は構造的に対称であり、交換して使用できる（ただし、メーカーによってはMOSトランジスタのソース極と基板がチップ内で既に短絡されている場合もあり、その場合は交換できない）。デプレッション型MOSトランジスタのVGSは正、負、ゼロのいずれでも設定可能で、使用が柔軟である。一方、バイポーラトランジスタのコレクタ極とエミッタ極は一般的に交換して使用できない。
4. 低電圧・小電流の状態で動作する際、FETは電圧制御型の可変リニア抵抗器や、オン時の抵抗が非常に小さい非接触型の電子スイッチとして機能する。
5. MOSトランジスタは製造工程が簡単で消費電力も少なく、大規模集積回路に適している。一方、バイポーラトランジスタは利得が高く、非線形歪みが少なく、性能が安定している。ディスクリート部品回路や中規模・小規模集積回路では、依然としてバイポーラトランジスタが優位に立っている。
6. バイポーラトランジスタの転移特性（ic-vbeの関係）は指数関数的に変化するのに対し、FETの転移特性は二乗関数的に変化するため、MOSトランジスタの非線形歪みの方がバイポーラトランジスタよりも大きい。
7. MOSトランジスタの3つの基本構成回路（コムソース、コムドレイン、コムゲート）は、バイポーラトランジスタのコムエミッタ、コムコレクタ、コムベース回路と対応する。FETのゲート極には電流が流れないため、入力抵抗R'i≈∞となる。ゲインgmはバイポーラトランジスタよりも1桁小さく、gmは転移特性の微分から求めることができる。 8、トランジスタは電流によって電流源を制御する素子と言え、電流は入力抵抗の大きさによって表される。一方、MOSトランジスタは電圧によって電流源を制御する素子である。 9、4種類のMOSトランジスタの特性曲線を覚える方法：nチャネルのEMOSトランジスタの曲線だけを覚えておけばよい。そのVgsは0より大きく、曲線は上昇傾向にある。一方、pチャネルのEMOSのVgsは0より小さく、減少傾向にある。DMOSのVgsには0より大きい部分と0より小さい部分の両方があり、nチャネルが上昇し、pチャネルが減少するという曲線の特徴に従えば、DMOSの特性曲線も覚えることができる。 10、MOSトランジスタは電圧制御素子であり、バイポーラトランジスタは電流制御素子である。MOSトランジスタは多数キャリアによって導通するため単極性デバイスと呼ばれ、一方バイポーラトランジスタは多数キャリアと少数キャリアの両方によって導通するため、双極性デバイスと呼ばれる。MOSトランジスタの柔軟性はバイポーラトランジスタよりも優れている。また、MOSトランジスタの製造工程は集積回路により適している。