ترانزیستورهای بی‌جِی‌تی و ماسفت هر دو جزو قطعات نیمه‌هادی الکترونیکی هستند. در این قطعات میتوان با اعمال تغییر در یک سیگنال کوچک به عنوان ورودی، تغییراتی در یک سیگنال بسیار بزرگتر به عنوان خروجی را انجام داد. با توجه به این ویژگی، از ترانزیستور به عنوان کلید یا تقویت کننده در مدارات الکترونیک استفاده می‌شود. اولین ترانزیستور در سال 1950 عرضه شد که میتوان آن را به عنوان یکی از مهم‌ترین اختراعات قرن بیستم در نظر گرفت. این المان نیمه هادی به سرعت در حال توسعه است و تا امروز انواع مختلفی از ترانزیستورها معرفی شده است. اولین نوع ترانزیستور BJT (ترانزیستور پیوند دو قطبی) است و ماسفت (ترانزیستور اثر میدان نیمه هادی اکسید فلز) نوع دیگری از ترانزیستور است که بعداً معرفی گردید. برای درک بهتر این مفهوم، در این مقاله به بررسی تفاوت ماسفت و ترانزیستور bjt پرداخته شده است.
خرید ماسفت با بهترین قیمت از فروشگاه اینترنتی لیون الکترونیک
ترانزیستور BJT چیست؟
ترانزیستور پیوند دو قطبی یکی از انواع قطعات نیمه هادی است و در قدیم از این المان به جای لامپ‌های خلاء استفاده می‌شد. BJT یک المان کنترل شونده با جریان است که در آن جریان خروجی از پایه امیتر تابعی از جریان در پایه بِیس است. اساساً عملکرد یک ترانزیستور BJT توسط جریان در پایه بیس تعیین می‌شود. این ترانزیستور دارای سه پایه به نام‌های امیتر، بیس و کلکتور است. در واقع، ترانزیستور BJT یک قطعه سیلیکونی است که شامل سه ناحیه و دو اتصال است. این دو ناحیه به نام‌های P-junction و N-junction نامگذاری شده‌اند.
دو نوع ترانزیستور bjt وجود دارد که عبارتند از ترانزیستور مثبت یا PNP و ترانزیستور منفی یا NPN. تفاوت اصلی بین این دو نوع ترانزیستور در حامل‌های شارژ آنها است. در ترانزیستور PNP، یا مثبت اکثر حامل‌های بار حفره‌ها هستند، در حالی که در ترانزیستور NPN، یا منفی اکثر حامل‌های بار الکترون‌ها هستند. اصول عملکرد این ترانزیستورها عملاً برابر است و تفاوت اصلی در بایاسینگ و همچنین قطبیت منبع تغذیه برای هر نوع از ترانزیستور است. ترانزیستورهای BJT ها برای کاربردهای جریان کم مانند اهداف سوئیچینگ بسیار مناسب هستند.
بیشتر بخوانید: ماسفت چیست و چگونه کار میکند؟
BJTمخفف چیست؟
BJT مخفف عبارت Bipolar Junction Transistor است. ساختار BJT به آرایش فیزیکی سه ناحیه نیمه هادی و دو اتصال pn اشاره دارد که یک ترانزیستور پیوند دوقطبی را تشکیل می‌دهند. بسته به تزریق نوع ناخالصی به نیمه هادی یک ترانزیستور، یک BJT می‌تواند از نوع npn یا pnp باشد.
این سه ناحیه امیتر، بیس و کلکتور نامیده می‌شوند و دارای مقدار ناخالصی و ضخامت متفاوتی هستند. منطقه امیتر به شدت دوپ یا ناخالص شده است و اکثر حامل‌های بار را برای عبور جریان فراهم میکند. ناحیه بیس دارای ناخالصی کم و بسیار نازک است و میزان جریانی را که از امیتر به کلکتور می‌گذرد، کنترل میکند. ناحیه کلکتور نسبتاً دوپ یا ناخالص شده است و حامل‌های بار را از طریق بیس از امیتر جمع آوری میکند.
اصول کار ترانزیستور BJT
اصول کار ترانزیستور BJT شامل استفاده از یک ولتاژ بین دو پایه مانند بیس و امیتر برای تنظیم جریان عبوری از طریق ترمینال کلکتور است. به عنوان مثال، پیکربندی یک تقویت کننده امیتر مشترک در شکل زیر نشان داده شده است.
تغییر مقدار ولتاژ منبع VBE بر جریان ورودی در پایه بیس تأثیر می‌گذارد و این جریان به نوبه خود بر مقدار جریان خروجی تأثیر می‌گذارد. با این کار، نشان داده می‌شود که جریان ورودی، جریان خروجی را کنترل میکند. بنابراین ترانزیستور BJT یک المان کنترل شونده با جریان است.
ترانزیستور ماسفت چیست؟
ماسفت نوعی FET (ترانزیستور اثر میدانی) است که دارای سه پایه به نام‌های گیت، سورس و درین است. در این نوع ترانزیستور، جریان پایه درین توسط ولتاژ پایه گیت کنترل می شود، بنابراین، این ترانزیستورها جزو المان‌های کنترل شونده با ولتاژ هستند.
ماسفت‌ها در 4 نوع مختلف P-channel و N-channel با حالت افزایش یا تخلیه (کاهشی) در دسترس هستند. در ماسفت‌های منفی پایه‌های سورس و درین از نیمه هادی نوع N ساخته شده‌اند و به همین ترتیب در ماسفت‌های مثبت پایه‌های درین و سورس از نیمه هادی مثبت ساخته شده‌اند. پایه گیت از فلز ساخته شده و با استفاده از یک ماده اکسید فلزی از پایه‌های سورس و درین ایزوله می‌شود. این عایق ریشه مصرف کم توان برای بایاس این نوع از ترانزیستوراست. بنابراین، از ترانزیستور ماسفت در ساخت گیت‌های منطقی و حافظه و پردازشگرها استفاده می‌شود.
ماسفت ها به دو نوع افزایشی و تخلیه یا کاهشی طبقه بندی می‌شوند.
ماسفت نوع کاهشی: هنگامی که ولتاژ در پایه بیس کمینه است، کانال حداکثر رسانایی خود را دارد. و با افزایش ولتاژ در پایه گیت مقاومت کانال افزایش می‌یابد. این نوع از ماسفت عملکردی مشابه یک کنتاکت بسته دارد.
ماسفت نوع افزایشی: هنگامی که ولتاژ در پایه بیس کمینه است، ماسفت هدایت نمی‌کند و کانال دارای بیشترین مقدار مقاومت است. با افزایش ولتاژ پایه گیت، مقاومت کانال کاهش می‌یابد و هدایت جریان آغاز می‌گردد. این ماسفت عملکردی مشابه یک کنتاکت باز دارد.
تفاوت ترانزیستور ماسفت با BJT
ترانزیستور bjt دارای دو نوع NPN و PNP است و ماسفت دارای دو نوع کانال N و کانال P است.
بی جی تی یک المان کنترل شونده با جریان است و در مقابل ماسفت با ولتاژ کنترل می‌گردد.
خروجی جریان ترانزیستور بی جی تی توسط جریان پایه بیس کنترل می‌گردد و در مقابل خروجی جریان ماسفت از طریق مقدار ولتاژ پایه گیت کنترل می‌گردد.
از دیگر موارد تفاوت ماسفت و ترانزیستور bjt این است که به طور معمول ترلنزیستور بی جی تی ارزان‌تر از ماسفت است.
ترانزیستور بی جی تی به تخلیه الکترواستاتیک حساس نیست ولی ماسفت‌ها به تخلیه الکترواستاتیک حساس هستند.
ترانزیستور بی جی تی بهره جریان کمی دارد و پایدار نیست و ممکن است در جریان‌های بالا گین آن کم شود ولی ماسفت دارای بهره جریانی بالایی است و در تغییرات جریان بهره پایداری دارد.
مقاومت ورودی بی جی تی پایین است ولی در مقابل ماسفت دارای مقاومت خروجی بالایی است.
هر دوی این ترانزیستورها در ناحیه اشباع تلفات حرارتی کمتری دارند.
سرعت سوئیچ در ماسفت به مراتب بیشتر از ترانزیستور bjt است.
پاسخ فرکانسی ماسفت بهتر از ترانزیستور بی جی تی است.
در حالت اشباع، افت پتانسیل Vce در بی جی تی حدود 200 میلی ولت است ولی افت پتانسیل بین پایه سورس و درین در حالت اشباع در ماسفت حدود 20 میلی ولت است.
از دیگر موارد تفاوت ماسفت و ترانزیستور bjt میتوان به این مورد اشاره کرد که اغلب استفاده بی جی تی در کاربردهای جریان پایین است اما در مقابل از ماسفت در سوئیچ‌های جریان بالا استفاده می‌شود.
نحوه استفاده از ماسفت
وظیفه اصلی ماسفت این است که بتواند عبور ولتاژ و جریان بین پایانه‌های سورس و درین را کنترل کند. این قطعه تقریباً مانند یک سوئیچ کار می کند و عملکرد آن تابع وضعیت شارژ خازن MOS است. خازن MOS بخش اصلی یک ماسفت را تشکیل می‌دهد.
همان طور که در تصویر مشاهده می‌کنید ماسفت دارای 4 پایه به نام‌های بدنه، سورس، درین و گیت است. در ماسفت‌های گسسته بدنه از داخل به پایه سورس متصل شده است. در ماسفت‌ها نیمه هادی ناحیه سابستریت یا بدنه از نوع مخالف نیمه هادی کانال ساخته می‌شود
. به طور مثال در تصویر فوق ناحیه بدنه یا بستر از نیمه هادی نوع P ساخته شده است. برای الکترودهای درین و سورس از نیمه هادی دوپ شده برای به دست آوردن حامل بار بیشتر استفاده می‌گردد. در زیر صفحه فلزی متصل به پایه گیت از یک لایه اکسید فلز نازک برای ایزوله کردن گیت استفاده می‌گردد. در ماسفت شکل فوق با شارژ گیت با پلاریته مثبت، یک نیروی دافعه ایجاد می‌گردد که باعث می‌شود بارهای مثبت به سمت ناحیه بستر حرکت کنند و ناحیه کانال توسط بار اضافه موجود در ناحیه سورس و درین باند شوند و کانال باز شود و ترانزیستور شروع به هدایت کند.
بیشتر بخوانید: بررسی 6 تفاوت ماسفت و IGBT در لیون الکترونیک
کاربرد ترانزیستور ماسفت و BJT
ترانزیستور bjt و ماسفت دو نوع ترانزیستور هستند که به خاطر ویژگی‌ها و مزایای‌شان، کاربردهای متفاوتی دارند. برخی از کاربردهای MOSFET و BJT عبارتند از:
ماسفت‌ها به طور گسترده در مدارهای مجتمع (IC) مانند ریزپردازنده‌ها، تراشه‌های حافظه و حسگرهای تصویر مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا میتوان آنها را تا سطوح نانومتری کوچک کرد. همچنین دارای سرعت سوئیچینگ بالا، مصرف انرژی کم و امپدانس ورودی بالا هستند.
ماسفت‌ها در کاربردهای الکترونیک قدرت مانند منابع تغذیه سوئیچینگ، درایوهای فرکانس متغیر، اینورترها، مبدل‌ها و کنترل‌کننده‌های موتور استفاده می‌شوند، زیرا می‌توانند ولتاژها و جریان‌های بالا را مدیریت کنند، مقاومت حالت روشن کمی دارند و به راحتی میتوان آنها را موازی کرد.
ماسفت‌ها در کاربردهای فرکانس رادیویی (RF) مانند تقویت کننده‌ها، نوسان سازها، میکسرها و مدولاتورها استفاده می‌شوند، زیرا دارای پهنای باند بالا، نویز کم و ضریب خطی بودن بالایی هستند.
در مقابل BJT ها برای کاربردهای جریان کم مانند سوئیچینگ، تقویت و پردازش سیگنال استفاده می‌شوند، زیرا دارای بهره جریان بالا، امپدانس خروجی کم و پایداری دمای بالا هستند.
BJT ها در مدارهای آنالوگ مانند تقویت کننده‌های صوتی، حسگرها، مبدل‌ها و نوسانگرها استفاده می شوند، زیرا دارای پاسخ فرکانسی خوب، اعوجاج کم و حساسیت بالا هستند.
BJT ها همچنین در برخی مدارات دیجیتال مانند گیت‌های منطقی، فلیپ فلاپ‌ها، شمارنده‌ها و ثبات‌ها استفاده می‌شوند، زیرا دارای سرعت سوئیچینگ سریع، هزینه کم و سازگاری با سایر دستگاه‌ها هستند.
بیشتر بخوانید : ویژگی و کاربرد ماسفت IRF540 چیست
دلایل برتری ماسفت نسبت به ترانزیستور بی جی تی
یکی از دلایل برتری ماسفت نسبت به ترانزیستور bjt سرعت بالاتر سوئیچ آن است و دلیل این سرعت بالاتر هم تفاوت در ساختار داخلی آن است.
ماسفت هنگام سوئیچینگ در فرکانس بالا به دلیل سرعت سوئیچینگ سریعتر، انرژی بسیار کمتری مصرف می کند. زیرا ماسفت توسط اثر میدان خازن MOS کنترل می‌شود و مانند بی جی تی از فرایند ترکیب مجدد الکترون / حفره (که کند است) استفاده نمی‌کند. همچنین مدار کنترل کننده گیت در ماسفت‌ها بسیار ساده‌تر است.
از دیگر موارد برتری ماسفت میتوان به تلفات هدایت کمتر در آن اشاره کرد. بی جی تی ها دارای افت ولتاژ اشباع ثابت در حدود 0.7 ولت هستند، در حالی که ماسفت‌ها می‌توانند مقاومت بسیار کمتری در حالت روشن تا 0.001 اهم داشته باشند. و این امر منجر به تلفات بسیار کم توان می‌شود.
امپدانس ورودی بسیار بالا در ماسفت هم از دلایل دیگر برتری بر بی جی تی ها است. بی جی تی ها برای ایجاد جریان کلکتور بزرگتر به جریان بیس بیشتری نیاز دارند. آنها به عنوان تقویت کننده جریان عمل می‌کنند. اما ماسفت‌ها با ولتاژ کنترل می‌شوند و عملاً جریان گیت ندارند، گیت به عنوان یک خازن کم ظرفیت (چند پیکو فاراد تا چند نانوفاراد) عمل میکند. این نکته می‌تواند در کاربردهای سوئیچینگ و جریان بالا مزیت قابل توجهی باشد، بی جی تی های توان دارای بهره متوسط تا کم هستند که برای تولید جریان های بالا به جریان های بیس بالا (گاهی در حد چند آمپر!) نیاز دارد.
سخن پایانی
در این مقاله سعی کردیم تفاوت ماسفت و ترانزیستور bjt را بررسی کنیم ولی این نکته فراموش نشود که نمی‌توان نسخه جامعی در مورد برتری یک قطعه نسبت به قطعات دیگر عرضه نمود. در نهایت طراح الکترونیک با توجه به نیاز خود باید قطعه خود را از میان گزینه‌های موجود انتخاب کند. . در مورد خرید ماسفت و قطعات توان باید به اورجینال بودن قطعه توجه بیشتری کرد، زیرا قطعات توان تحت تنش بیشتری قرار دارند و در صورتی که قطعه اورجینال نباشد، احتمال بروز خطا بیشتر است. شما برای خرید قطعات الکترونیک اورجینال می‌توانید به وبسایت لیون الکترونیک مراجعه کنید. لیون الکترونیک به عنوان وارد کننده قطعات الکترونیک از چین می‌تواند به شما در تهیه قطعاتی که در بازار یافت نمی‌شوند کمک کند.
نظرات کاربران