Различия между транзисторами MOS и транзисторами типа триода

Thread Content

Транзисторы MOS используются в высокочастотных и высокоскоростных схемах, в условиях больших токов, а также там, где требуется точный контроль тока на базе или дренаже. Транзистор работает за счёт движения носителей заряда. В качестве примера можно взять эмиттерный фоллоуэр типа npn: при отсутствии напряжения на базе п-н переход, образованный между базой и эмиттером, препятствует распространению носителей заряда (в базе это дыры, а в эмиттере — электроны). После того как рассмотрены функции этих устройств, в чём же разница между MOS-транзистором и транзистором? 1. Принцип работы: транзистор управляется током, а MOS-транзистор — напряжением. 2. Стоимость: транзисторы стоят дешевле, а MOS-транзисторы — дороже. 3. Проблема потребления энергии: высокие потери в транзисторе. 4. Принцип управления различен: для МОП-транзисторов используется управление по напряжению, а для транзисторов — по току. 5. Разница в стоимости: транзисторы MOS дороже, а транзисторы тройных ячеек — дешевле. 6. Различие в потреблении мощности: у транзисторов типа MOS потребление мощности низкое, а у триодов — высокое. 7. Различия в способности управления: транзисторы MOS часто используются в контроллерах питания и в схемах управления током большой величины, а транзисторы трехэлектродные — в контроллерах питания и в схемах управления током малой величины. 8. Способность к управлению: транзисторы MOS часто используются в качестве переключателей питания, а также в схемах переключения при больших токах. На самом деле транзисторы дешевле, их удобно использовать; они часто применяются для управления переключателями в цифровых схемах. Транзисторы MOS используются в высокочастотных и высокоскоростных схемах, в условиях больших токов, а также там, где требуется точный контроль тока на базе или дренаже. При необходимости подачи небольшого тока от источника сигнала следует использовать транзисторы типа MOS; в то время как при низком напряжении сигнала и возможности подачи большего тока от источника сигнала целесообразно использовать транзисторы типа тройников. Транзисторы MOS могут работать при очень малом токе и низком напряжении, к тому же их технология производства позволяет легко интегрировать большое количество таких транзисторов на одной кристаллической пластине. Поэтому транзисторы MOS широко используются в крупномасштабных интегральных схемах. Транзистор MOS представляет собой источник тока, управляемый напряжением. Напряжение управления и ток находятся в разных цепях, поэтому определение напряжения обычно не представляет сложности. Затем, используя формулу для тока на выходе, можно вычислить значение тока. После этого проводится анализ модели с целью определения перегрузки и сопротивления выхода. Что касается транзисторов, то сначала необходимо построить их модель, а затем провести анализ цепи. Процесс расчетов является сложным, и легко допустить ошибки. В целом, я считаю, что анализ транзисторов MOS проще, чем анализ транзисторов.

Различия между транзисторами и транзисторами MOS:
1. В транзисторах как дырки, так и свободные электроны участвуют в процессе проводимости, поэтому это биполярные устройства, обозначаемые как BJT. У транзисторов MOS только один тип носителей заряда участвует в проводимости, поэтому это полуполярные устройства, обозначаемые как FET. Поскольку концентрация носителей заряда не зависит от температуры, освещения или излучения, при сильных изменениях условий окружающей среды более подходящим выбором будет FET. Это и есть причина, по которой транзисторы MOS считаются более стабильными.

2. В режиме усиления у транзисторов эмиттерный контакт находится в состоянии положительного смещения, есть ток на базе, поэтому это устройства, управляемые током. Сопротивление входа у таких устройств невелико, около 10³ Ом. У FET в режиме усиления нет тока на гребне, поэтому это устройства, управляемые напряжением. Сопротивление входа у JFET превышает 10⁷ Ом, а у транзисторов MOS — 10⁹ Ом.

3. У транзисторов MOS исток и выход имеют симметричную структуру, поэтому их можно использовать взаимозаменяемо (но следует учитывать, что иногда производители уже соединяют исток с подложкой внутри транзистора, поэтому их нельзя использовать взаимозаменяемо). Для транзисторов MOS типа дефицитного заряда значение VGS может быть положительным, отрицательным или равным нулю, что делает их более гибкими в использовании. У транзисторов коллектор и эмиттер обычно не могут использоваться взаимозаменяемо.

4. При работе при низком напряжении и малом токе FET может использоваться как регулируемый по напряжению линейный резистор или как безконтактный электронный переключатель с очень низким сопротивлением проводимости.

5. Технология производства транзисторов MOS проста, а потребление энергии минимально, поэтому они подходят для массовой интеграции. У транзисторов высокий коэффициент усиления, низкая степень нелинейных искажений, а также стабильные характеристики. В схемах с отдельными компонентами и в средних и малых интегральных схемах транзисторы по-прежнему имеют преимущество.

6. Характеристика переноса транзисторов (отношение ic-vbe) изменяется по экспоненциальной закономерности, в то время как у транзисторов типа FET она изменяется по квадратичной закономерности. Поэтому степень нелинейных искажений у транзисторов MOS больше, чем у транзисторов.

7. Три основные конфигурации транзисторов MOS (совместный исток, совместный выход и совместное гребно) можно сравнить с конфигурациями транзисторов совместный эмиттер, совместный коллектор и совместная база. Поскольку у транзисторов типа FET на гребне нет тока, сопротивление входа R’i ≈ ∞. Перегрузка gm у транзисторов MOS меньше на один порядок, чем у транзисторов. Значение gm можно вычислить путем производной характеристики переноса. 8. Транзистор можно считать устройством для управления токовым источником с помощью тока; при этом ток определяется величиной входного сопротивления. В свою очередь, МОП-транзистор является устройством для управления токовым источником с помощью напряжения. 9. Способ запоминания кривых характеристик четырех типов транзисторов MOS: достаточно запомнить кривую транзистора EMO с n-типом канала — у него значение Vgs больше 0, причем кривая имеет растущий характер. У транзистора EMO с p-типом канала значение Vgs меньше 0, и кривая имеет убывающий характер. У транзистора DMOS значение Vgs может быть как больше 0, так и меньше 0; следуя правилу роста кривой для транзисторов с n-типом канала и убывания для транзисторов с p-типом канала, можно запомнить кривые характеристик транзисторов DMOS. 10. Транзистор MOS является элементом, управляемым напряжением, в то время как транзистор БИПЛИС — элементом, управляемым током; транзистор MOS использует для проводимости большинство носителей заряда, поэтому считается однополярным устройством, а транзистор БИПЛИС использует как большинство, так и меньшинство носителей заряда для проводимости, поэтому называется двуполярным устройством; транзистор MOS обладает большей гибкостью по сравнению с транзистором БИПЛИС; технология производства транзистора MOS более подходит для изготовления интегральных схем.