MOSFET vs BJT expliqués – Quel transistor répond à vos besoins ?

Introduction

Si vous plongez dans le monde de l'électronique et essayez de choisir entre utiliser un MOSFET ou un BJT, vous êtes au bon endroit. Le transistor que vous choisissez peut avoir un impact considérable sur la réussite de votre projet. Les MOSFET et les BJT ont chacun leurs avantages. Comprendre leurs différences est crucial pour sélectionner celui qui convient le mieux à vos besoins. Dans cet article, je vais vous guider à travers les principes fondamentaux des MOSFET et des BJT en comparant leurs fonctionnalités, leurs domaines d'excellence et ce qui les différencie. Que vous construisiez des circuits, amplificateurs ou toute autre chose dans ce domaine, je suis là pour vous aider à prendre une décision pour votre projet à venir. Commençons !

Qu'est-ce que MOSFET?

Celui-ci a pour fonction de réguler le flux d’électricité entre ses bornes de source et de drain. Cette régulation est rendue possible via la borne de grille, où la tension appliquée détermine le degré de conductivité du transistor. Ce qui distingue les MOSFET, c'est le oxyde de silicium couche qui sépare la porte du canal fournissant une isolation pour le contrôle du flux électrique. Généralement créée par oxydation contrôlée du silicium, cette conception rend les MOSFET très efficaces, pour l'amplification du signal ou la commutation dans une variété de dispositifs.

MOSFET
Transistors à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur

Types de MOSFET

·        MISFET

La principale différence entre les MISFET et les MOSFET réside dans le diélectrique de grille. Contrairement aux MOSFET, les MISFET utilisent des matériaux à base de dioxyde de silicium comme diélectrique de grille. En conséquence, les variations de construction et de matériaux donnent lieu à des différences dans les caractéristiques, les fréquences de fonctionnement et les applications potentielles.

·        Logique CMOS

La technologie CMOS, une technologie MOSFET utilisée, intègre des MOSFET de type p et de type n dans une configuration appariée pour exécuter efficacement les opérations logiques. En exploitant à la fois les MOSFET à canal P et à canal N, cette conception permet la création de circuits économes en énergie. Ses applications s'étendent à travers ordinateur processeurs, mémoire puces à bord, et divers appareils numériques grâce à sa capacité à consommer de l'énergie et à présenter une résistance au bruit.

·        Logique PMOS

Un type de MOSFET, en particulier un effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur à canal P. Dans les transistors PMOS, les porteurs de charge primaires sont des trous, ce qui signifie que le dispositif fonctionne avec une alimentation en tension positive. Les régions de source et de drain d'un transistor PMOS sont constituées d'un matériau de type n, tandis que le canal est dopé avec un matériau de type p. Cette conception permet aux transistors PMOS de contrôler efficacement le flux de courant dans les circuits électroniques.

·        Logique NMOS

Utilise des MOFSETS de type n pour construire circuits numériques et des portes logiques. Ces transistors fonctionnent en créant une couche conductrice dans un matériau de type P, qui permet au courant de circuler lorsque le transistor est activé. Les transistors NMOS sont appréciés pour leur vitesse et leur efficacité plus élevées dans les circuits numériques, ce qui en fait un choix populaire pour créer des conceptions électroniques rapides et compactes.

Logique NMOS, PMOS et CMOS
Logique NMOS, PMOS et CMOS
·        Mode d'épuisement

Type de transistor qui est normalement « passant » même lorsqu'aucune tension n'est appliquée à la grille. Dans ce mode, le courant circule du drain vers la source, le faisant agir comme une résistance de charge dans les circuits. Contrairement aux MOSFET en mode d'amélioration, qui ont besoin d'une tension de grille pour passer « on », ceux-ci sont déjà conducteurs et peuvent être rendus « off » en ajoutant une tension. Cette caractéristique les rend utiles dans des applications spécifiques où un interrupteur normalement activé est nécessaire.

·        Puissance

Avec des fonctions spécifiques destinées à gérer des niveaux de puissance élevés. Ceux-ci ont une capacité de gestion de courant élevée, ce qui les rend parfaits pour les applications nécessitant un contrôle important de la puissance. Ils sont plus performants que les dispositifs tels que les IGBT et les thyristors et sont couramment utilisés dans les circuits pour contrôler des courants élevés. En règle générale, les MOSFET de puissance sont disponibles sous forme de composants uniques et discrets, offrant des performances robustes pour les applications électroniques exigeantes.

·        Portail flottant

Un type de MOSFET où la grille est électriquement isolée, créant un nœud « flottant ». Cette conception permet le stockage et l'ajustement des données en modifiant la tension de seuil. Contrairement aux MOSFET classiques, les dispositifs FGMOS disposent d'une porte supplémentaire qui permet cette fonctionnalité. Ils sont couramment utilisés dans les périphériques de stockage de mémoire tels que l'EPROM, l'EEPROM et la mémoire flash, où ils jouent un rôle crucial dans le stockage et la conservation efficaces des données.

MOFSET à épuisement, puissance et porte flottante
MOFSET à épuisement, puissance et porte flottante
·        Condensateurs MOS

Une sorte de spécialisé condensateurs qui intègrent une structure MOSFET avec des jonctions doubles PN sur les côtés. On les trouve couramment dans les puces mémoire et dispositifs à couplage de charge (CCD) utilisé pour les capteurs d’images. Construits à partir d'un substrat semi-conducteur, d'un film isolant tel que du dioxyde de silicium (SiO2) et d'une électrode de grille métallique, les condensateurs MOS sont utiles pour évaluer le processus de fabrication des circuits intégrés MOS et prédire les caractéristiques des transistors MOS. En raison de leur rôle essentiel dans les tests et la caractérisation, les condensateurs MOS sont fréquemment inclus dans les sites de test de puces.

·        Capteurs MOS

Utilisé pour mesurer un large éventail de facteurs physiques, chimiques, biologiques et environnementaux. Par exemple, les transistors à effet de champ sensibles aux ions (ISFET) sont populaires dans les applications biomédicales pour détecter les gaz en surveillant les changements de résistance. Ces capteur incluent également les dispositifs à couplage de charge (CCD) et les capteurs CMOS, couramment utilisés en imagerie numérique pour capturer des images de haute qualité. Les capteurs MOS sont essentiels pour mesurer et surveiller avec précision diverses conditions dans différents domaines.

·        Transistors MOS

Comporte plusieurs portes sur un seul transistor. Cette conception améliore les performances en augmentant l'impédance d'entrée, obtenue grâce à une fine couche de dioxyde de silicium isolant la grille du canal semi-conducteur. Cette impédance d'entrée améliorée rend les MOSFET multi-gates plus efficaces que les JFET traditionnels, offrant un meilleur contrôle et de meilleures performances dans diverses applications électroniques.

Condensateurs et transistors MOS
Condensateurs et transistors MOS
·        DRH

Les MOSFET durcis aux radiations par conception sont conçus avec des techniques de conception spéciales pour protéger les microcircuits contre les dommages causés par les radiations. Ces dispositifs utilisent des stratégies telles que le transistor à configuration fermée (ELT) pour garantir leur fiabilité dans les environnements exposés à des niveaux élevés de rayonnement, comme dans les applications spatiales ou militaires. La conception avancée permet de maintenir les performances et d’éviter les pannes dues à l’exposition aux rayonnements.

·        DMOS

Les MOSFET à oxyde métallique et semi-conducteur à double diffusion sont spécialement conçus pour applications radiofréquences (RF) et la technologie des transports. Ces transistors combinent les technologies CMOS et DMOS sur une seule puce, ce qui les rend incontestablement polyvalents pour diverses utilisations. La caractéristique clé des transistors DMOS est leur longueur de canal, qui est déterminée par les taux variables de diffusion de deux impuretés dopantes différentes à travers la même ouverture dans la couche de polysilicium.

·        TFT

Indispensable pour améliorer la qualité de l'image dans LCD affiche en contrôlant chaque pixel individuellement dans les écrans à matrice active. Ils jouent un rôle crucial dans les systèmes de capture directe et indirecte utilisés en radiographie médicale. Les écrans à matrice active basés sur TFT sont devenus la norme pour les appareils visuels électroniques modernes de haute résolution et de haute qualité, garantissant des images nettes et éclatantes.

MOSFET dans un PCB
MOSFET dans un PCB

Qu'est-ce que le BJT ?

Il s'agit d'un dispositif semi-conducteur à trois bornes utilisé pour amplifier ou grossir les signaux. Il possède deux jonctions pn et fonctionne en utilisant à la fois des électrons et des trous comme porteurs de charge. Les trois bornes sont appelées la base, le collecteur et l'émetteur. Essentiellement, un BJT se compose de trois couches de matériaux dopés. semi-conducteur Matériaux, ce qui lui permet de contrôler le flux de courant et d'augmenter efficacement la force du signal.

BJT
Transistors à jonction bipolaire

Types BJT

· NPN (Négatif-Positif-Négatif)

Il possède une couche de matériau de type P positionnée entre deux couches de type N. Cet agencement permet de contrôler le flux de courant dans divers circuits. Incontestablement, les transistors NPN sont couramment utilisés dans les circuits d’amplification, notamment les paires Darlington, pour amplifier les signaux faibles. Ils sont idéaux pour les applications nécessitant un puits de courant et constituent un composant clé des circuits amplificateurs classiques, comme les conceptions d'amplificateurs « push-pull ».

· PNP (Positif-Négatif-Positif)

Il convient de souligner que ce transistor est couramment utilisé dans les amplificateurs pour amplifier les signaux et comme interrupteur pour contrôler les circuits. Dans un transistor PNP, le courant circule de l'émetteur vers le collecteur lorsque la tension de base est positive par rapport à l'émetteur. Sa structure unique, composée de deux semi-conducteurs de type P entourant un matériau de type N, lui permet de gérer et d'amplifier efficacement les signaux électriques.

BJT NPN et PNP
BJT NPN et PNP
· Avant-actif

Il s'agit d'une jonction base-émetteur polarisée en direct et d'une jonction base-collecteur polarisée en inverse. Cette configuration est cruciale pour obtenir le gain de courant le plus élevé, souvent noté βF. En faisant en sorte que la jonction base-émetteur conduise le courant tandis que la jonction base-collecteur le bloque, le transistor amplifie efficacement les signaux, ce qui en fait le mode préféré pour la plupart des applications nécessitant une amplification maximale.

· Inverse-Active

Il ne faut pas oublier que ceux-ci fonctionnent avec la jonction base-émetteur (BE) désactivée et la jonction base-collecteur (BC) activée. Cela se produit lorsque la tension base-émetteur est inférieure à la tension de seuil nécessaire pour l'allumer, alors que la tension base-collecteur est égale à ce seuil. Dans ce mode, les rôles de l'émetteur et du collecteur sont inversés, provoquant la circulation du courant dans la direction opposée par rapport au mode actif direct. Cette configuration est moins courante et généralement utilisée dans des applications spécifiques où les rôles inversés des bornes du transistor sont nécessaires.

· Saturation

Un BJT est en mode saturation lorsqu'il atteint son courant de collecteur maximum, qui n'est plus influencé par le courant de base. Cela se produit lorsque les jonctions base-émetteur et base-collecteur sont polarisées vers l’avant. En saturation, la tension du collecteur chute en dessous de la tension de base, ce qui entraîne également une polarisation directe de la jonction collecteur-base. En conséquence, le courant de base augmente, mais le gain en courant du transistor diminue. Ce mode est souvent utilisé dans les applications de commutation où le transistor est entièrement « passant » et conduit autant de courant que possible.

· Couper

En mode coupure, le BJT est complètement éteint, agissant comme un interrupteur ouvert. Cela se produit lorsque la tension entre la base et l'émetteur est trop faible pour permettre au courant de circuler. Contrairement aux MOSFET en mode saturation ou triode, qui traitent différents états de fonctionnement, un BJT en mode coupure n'est traversé par aucun courant, ce qui signifie qu'il est complètement non conducteur. Cet état est utilisé lorsque vous souhaitez bloquer complètement le courant dans un circuit.

BJT dans une planche à pain
BJT dans une planche à pain

MOSFET vs BJT : comparaison côte à côte

MOSFET BJT
Abréviation
Transistors à effet de champ métal-oxyde-semi-conducteur Transistors à jonction bipolaire
Principe de fonctionnement
Il contrôle le flux de tension et de courant entre leurs bornes source et drain. Le terminal de grille gère ce contrôle en régulant la tension appliquée, permettant au MOSFET d'agir comme un interrupteur or amplificateur. Gérez le flux de courant à travers leurs trois couches : l'émetteur, la base et le collecteur. Ils fonctionnent en ajustant la quantité de courant circulant dans le transistor en fonction de la tension appliquée à la base. Essentiellement, ils fonctionnent comme un interrupteur contrôlé par le courant.
Structure
Composé de trois parties principales : la vanne, la source et le drain. A une structure plus complexe avec trois couches : l’émetteur, la base et le collecteur.
Amplification
Son amplification est mesurée par l'ampleur de la variation de la tension entre le drain et la source en réponse à la tension appliquée à la grille. C'est ce qu'on appelle le gain de tension (AVDS). Son amplification est définie par le rapport entre la variation du courant du collecteur et la variation du courant de base, étant donné une tension collecteur-émetteur constante. Ce rapport est connu sous le nom de gain actuel (β).
Résistance d'entrée
Ils ont une résistance d'entrée élevée, ils ne permettent donc pas à beaucoup de courant de circuler dans la borne de porte. Avoir une faible résistance d'entrée, ce qui signifie que plus de courant circule dans la borne de base par rapport aux MOSFET.
Gamme de fréquences
Mieux adapté aux basses fréquences et ont généralement une bande passante plus petite pour le gain.  Plus susceptibles de subir des pannes dans certaines conditions, ce qui peut avoir un impact sur leur efficacité.
Efficacité
Ils ont moins de risques de panne secondaire, c'est pourquoi ils les rendent plus efficaces dans diverses conditions. Les risques de panne sont plus élevés dans les BJT
Stabilité thermique
Avoir un coefficient de température positif, ce qui signifie que leurs performances s'améliorent avec les changements de température, ce qui leur confère une meilleure stabilité thermique. Avoir un coefficient de température négatif, de sorte que leurs performances peuvent se dégrader avec l'augmentation de la température, entraînant une moins bonne stabilité thermique.
Résistance collecteur-émetteur
Résistance plus élevée (RDS (activé)) Résistance inférieure (RCE (SAT))
Configuration
Généralement plus complexe à configurer et nécessite une polarisation plus prudente. Plus simple à configurer en raison de leurs exigences de polarisation simples.
Linéarité
Considérés comme des dispositifs unipolaires car ils fonctionnent avec un seul type de porteur de charge. Ce sont des dispositifs bipolaires car ils impliquent les deux types de porteurs de charge.
Bruit
 Ils ont une meilleure immunité au bruit, ce qui signifie qu'ils fonctionnent de manière plus fiable dans des environnements bruyants. Peut être plus sensible au bruit, ce qui pourrait affecter leurs performances.
Fabrication
Plus facile à fabriquer Plus difficile à fabriquer
Vitesse d'échange
Avoir des vitesses de commutation plus rapides, ce qui est utile dans les applications à grande vitesse. Commutez plus lentement que les MOSFET.
Impédance de sortie
Ils ont une impédance de sortie élevée, ce qui signifie qu'ils peuvent gérer certains types de signaux plus efficacement. Avoir une faible impédance de sortie et peut nécessiter une mise en mémoire tampon supplémentaire pour gérer correctement les signaux.
Prix
Un autre point clé est qu’il est coûteux par rapport aux BJT. Généralement moins cher que les MOSFET
Application
Les MOSFET sont couramment utilisés dans :
  • Onduleur
  • Circuits numériques
  • Inducteur
  • Resistor
  • Condensateur
  • Amplificateur haute fréquence
  • Entraînements de moteur à courant continu sans balais
  • Courant continu électronique relais
  • SMPS
Les BJT sont souvent utilisés dans :

· Générateurs d'impulsions d'avalanche

· Convertisseurs logarithmiques

· Température capteur

·        Amplificateurs

· Logique numérique à grande vitesse

 

Différence visuelle
MOFSET BJT


FAQ supplémentaires sur MOSFET et BJT

Après la comparaison côte à côte de ces transistors, vous vous poserez peut-être encore quelques questions, notamment concernant ces transistors. Répondons à ces questions.

Pourquoi utiliser un MOSFET au lieu d'un transistor ?

Incontestablement, ce type de transistors offre plusieurs avantages clés qui en font un choix privilégié dans de nombreuses applications. Ils offrent des vitesses de commutation plus rapides, ce qui signifie qu'ils peuvent s'allumer et s'éteindre beaucoup plus rapidement que les transistors standards. Cette vitesse est essentielle pour les circuits à haut rendement, tels que ceux que l'on trouve dans les alimentations à découpage et les contrôleurs de moteur. De plus, les MOSFET ont des pertes de conduction plus faibles, ce qui signifie qu'ils gaspillent moins d'énergie lors de la conduite du courant. Leurs circuits de commande plus simples les rendent également plus faciles à contrôler, en particulier dans les applications à courant élevé ou à puissance élevée. Alors que les transistors traditionnels peuvent être utilisés efficacement comme commutateurs dans des scénarios à faible courant et à faible vitesse, les MOSFET excellent dans la gestion de puissances plus élevées et de demandes de commutation plus rapides. Pour une efficacité et une fonctionnalité encore plus grandes, de nombreux MOSFET sont combinés en une seule puce, connue sous le nom de CI MOSFET, qui améliore encore les performances dans les circuits complexes.

Quel commutateur est le MOSFET le plus rapide par rapport au BJT ?

Lorsque l'on compare les vitesses de commutation des BJT et des MOSFET, le second arrive généralement en tête. De manière générale, les MOSFET sont connus pour leurs temps d'arrêt exceptionnellement rapides, qui peuvent être mesurés en nanosecondes. Cela signifie qu'ils peuvent s'éteindre très rapidement, ce qui les rend idéaux pour les applications à grande vitesse. D'un autre côté, les BJT ont des temps d'arrêt allant de la nanoseconde à la microseconde, ce qui est généralement plus lent que celui des MOSFET. Cette différence de vitesse est cruciale pour les appareils électroniques où une commutation rapide est nécessaire, comme dans les alimentations et les contrôleurs de moteur. Par conséquent, si votre projet nécessite la vitesse de commutation la plus rapide, les MOSFET sont probablement le meilleur choix en raison de leurs performances supérieures en matière d'activation et de mise hors tension rapides.

MOSFET contre BJT
MOSFET contre BJT

Pourquoi ai-je besoin d'un MOSFET ?

Utilisez-le généralement dans les applications nécessitant une commutation à grande vitesse et une résistance d'entrée élevée. Parfait pour les amplificateurs haute fréquence et les circuits numériques en raison de leurs taux de commutation rapides. De plus, les MOSFET offrent une meilleure immunité au bruit et une meilleure stabilité thermique grâce à leur coefficient de température positif. Cela permet de maintenir les performances dans des conditions de température variables. Par conséquent, si votre projet implique des applications à haute vitesse, haute fréquence ou sensibles au bruit, les MOSFET constituent généralement le meilleur choix. Cela est dû à leurs capacités de commutation supérieures et à leur fiabilité dans de tels environnements.

Pourquoi ai-je besoin d’un BJT ?

Fondamentalement, utilisez-le lorsque votre conception nécessite un gain de courant élevé et une large plage de fréquences. Leur impédance de sortie plus faible les rend particulièrement efficaces dans les applications analogiques où une amplification de courant stable est cruciale. Les BJT excellent dans les circuits où la linéarité et le contrôle du courant sont importants, comme dans les amplificateurs analogiques et certaines applications logiques numériques à grande vitesse. Bien que les BJT puissent être plus sujets au bruit et à l'instabilité thermique que les MOSFET, ils offrent des performances fiables dans les environnements où la stabilité du gain de courant est essentielle. De plus, les BJT peuvent être préférés dans les cas où la simplicité de configuration et la faible résistance dans la jonction collecteur-émetteur sont avantageuses. Leur robustesse dans la gestion de courants élevés et le maintien de performances constantes font des BJT un choix précieux pour des applications spécifiques à courant élevé ou à gain élevé.

 

Pour aller plus loin

En résumé, l'utilisation ou non d'un MOSFET ou d'un BJT dépend de vos besoins spécifiques. En effet, les MOSFET brillent dans les applications qui nécessitent des vitesses de commutation rapides, de faibles pertes de conduction et un contrôle efficace du courant et de la puissance élevés. Étant donné que leurs temps d'arrêt rapides et leur résistance d'entrée élevée les rendent idéaux pour les circuits modernes à grande vitesse comme les alimentations et les contrôleurs de moteur. À l'inverse, les BJT sont bien adaptés aux tâches qui exigent un gain de courant élevé et une stabilité dans les applications analogiques. De plus, ils offrent des performances fiables dans les environnements où l'amplification du courant est cruciale. En comprenant les atouts uniques de chaque type de transistor, vous pouvez prendre une décision éclairée qui garantit des performances et une efficacité optimales pour vos projets électroniques.

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