Достоинства и недостатки биполярных и МДП-транзисторов

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БИПОЛЯРНЫХ И МДП ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Биполярные и МДП-транзисторы выполня­ют одинаковые функции: работают в электрических схемах или в качестве линейного усилителя или в качестве электронного ключа. Рассмотрим краткое обобщающее сравнение этих двух типов транзисторов, их основные физические свойства, а затем особенности эксплуатации этих транзисторов, пре­жде всего мощных, обусловленные этими свойст­вами.

Достоинства и недостатки биполярных и полевых транзисторов вытекают из физических явлений, лежащих в основе их работы. Так, работа биполярных транзисторов основано на явлении инжекции неос­новных носителей заряда в базу через прямосмещенный эмиттерный переход: при изменении входного управляющего тока изме­няется поток инжектирован­ных носителей заряда, что приводит к изменению вы­ходного тока. Таким образом, биполярный транзистор управляется током, его входное сопротивле­ние мало, а выходной ток обеспечи­вается носителями обоих знаков (дырками и электро­нами).

Работа полевых транзисторов основано на явлении эффекта поля. Под действием изменения приложенного к затвору напряжения изменяется проводимость канала, что приводит к из­менению выходного тока. Таким образом, полевой транзистор управляется напряжением, его входное сопротивление велико, так как входная цепь от выход­ной изолирована диэлектри­ком. Выходной ток полевых транзисторов обеспечи­вается основными носителя­ми одного знака (или дыр­ками или электронами в зависимости от типа проводимости канала).

Проведенный сравнительный анализ физических основ работы биполярных и полевых транзисторов показывает, что в дискретных электронных устройствах полевые транзисторы, особенно МДП-транзисторы, в ряде применений предпочтительнее биполярных. Это связано следующими достоинствами полевых транзисторов:

- управляющая цепь полевых транзисторов потребляет ничтожную энергию, так как входное сопротивление этих приборов ве­лико (до 10¹⁰ - 10¹⁷ Ом);

- усиление по мощности и по току в полевых транзисторах обычно много больше, чем в биполярных;

- вследствие того, что входная управляющая цепь практически изолирова­на от выходной цепи, значительно повышается надежность работы и помехоустойчивость схем на МДП-транзисторах;

- полевые транзисторы имеют низкий уровень собственных шумов, что связано с отсутствием инжекции неосновных носителей;

- полевые транзисторы обладают высокой температурной стабильностью, так как рост температуры, во-первых, приводит к увеличению сопротивления канала за счет уменьшения подвижностей носителей тока, а во-вторых, расширяется ширина канала, что уменьшает сопротивление канала. Эти два фактора оставляют выходной ток практически неизменным. В биполярных же транзисторах с увеличением температуры транзистора возрастает число неосновных носителей, что приводит к заметному увели­чению тока;

- полевые транзисторы, вообще говоря, обладают более высоким соб­ственным быстродействием, так как в них нет инерционных процессов накопления и рассасывания неосновных носителей заряда.

За счет указанных достоинств полевые транзисторы, особенно МДП-транзисторы, все больше вытес­няют биполярные транзисторы там, где требуется высокое быстродействие и повышенная надежность работы.

Однако МДП-транзисторы имеют и недостатки. Во-первых, вследствие относительно высокого сопротивления ка­нала в открытом состоянии падение напряжения на откры­том МДП-транзисторе заметно больше, чем падение напряжения на насыщенном биполярном транзисторе. Этот недостаток усугубляется еще и тем, что температурная зави­симость сопротивления канала сильнее, чем зависимость от температуры напряжения насыщения биполярного транзистора (сопротивление канала открытого МДП-транзистора в диапазоне температур 25—150°С увеличивается в 2 раза, а напряжение насыщения биполярного транзистора — примерно в 1,5 раза). Во-вторых, МДП-транзисторы имеют меньшее значение предельной температуры равное 150 °С, а для кремниевых биполярных транзисторов предельная рабочая температура может достигать 200 °С. Этот факт ограничивает применение МДП-транзисторов в режимах эксплуатации с повышенной температурой окружающей среды, в частности, в автомобильных двигателях, металлургии и т. д.

Дата добавления: 2015-05-06