Bipolar- und Feldeffekttransistoren - was ist der Unterschied?

Strom oder Feld

Die meisten Menschen, die auf die eine oder andere Weise mit Elektronik konfrontiert sind, sollten die Grundvorrichtung von Feldeffekt- und Bipolartransistoren kennen. Zumindest aus dem Namen "Feldeffekttransistor" ist ersichtlich, dass er durch das Feld, das elektrische Feld des Verschlusses, gesteuert wird, während Bipolartransistor, gesteuert durch Basisstrom.

Strom und Feld - der Unterschied ist der Kardinal. Bei Bipolartransistoren wird der Kollektorstrom durch Ändern des Steuerstroms der Basis gesteuert, während zum Steuern des Drainstroms des Feldeffekttransistors das Ändern der zwischen dem Gate und der Source angelegten Spannung ausreicht und kein Steuerstrom mehr benötigt wird.

FETs schneller

Welches Transistoren besseres Feld oder bipolar? Der Vorteil von Feldeffekttransistoren gegenüber bipolaren liegt auf der Hand: Feldeffekttransistoren haben einen hohen Eingangswiderstand im Gleichstrom, und selbst eine Steuerung mit hoher Frequenz führt nicht zu signifikanten Energiekosten.

Die Akkumulation und Resorption von Minoritätsladungsträgern fehlt in Feldeffekttransistoren, weshalb ihre Geschwindigkeit sehr hoch ist (wie von den Entwicklern von Leistungsgeräten festgestellt). Und da die Übertragung der Hauptladungsträger für die Verstärkung in Feldeffekttransistoren verantwortlich ist, ist die Obergrenze der effektiven Verstärkung von Feldeffekttransistoren höher als die von bipolaren.

Hier stellen wir auch eine hohe Temperaturstabilität, ein geringes Maß an Interferenz (aufgrund der fehlenden Injektion von Minoritätsladungsträgern, wie dies bei bipolaren Trägern der Fall ist) und eine Wirtschaftlichkeit im Hinblick auf den Energieverbrauch fest.

Unterschiedliche Reaktion auf Hitze

Wenn sich der Bipolartransistor während des Betriebs der Vorrichtung erwärmt, steigt der Kollektor-Emitter-Strom an, dh der Temperaturkoeffizient des Widerstands der Bipolartransistoren ist negativ.

Im Feld ist das Gegenteil der Fall - der Temperaturkoeffizient der Drain-Source ist positiv, dh mit zunehmender Temperatur steigt auch der Kanalwiderstand, dh der Drain-Source-Strom nimmt ab. Dieser Umstand gibt dem Feldeffekttransistor einen weiteren Vorteil gegenüber bipolaren: Feldeffekttransistoren können sicher parallel geschaltet werden, und Ausgleichswiderstände in den Schaltkreisen ihrer Drains sind nicht erforderlich, da sich der Kanalwiderstand entsprechend der Zunahme der Last automatisch erhöht.

Um hohe Schaltströme zu erzielen, können Sie einfach eine zusammengesetzte Taste aus mehreren parallelen Feldeffekttransistoren wählen, was in der Praxis häufig verwendet wird, beispielsweise in Wechselrichtern (siehe - Warum moderne Wechselrichter eher Transistoren als Thyristoren verwenden).

Bipolartransistoren können jedoch nicht nur parallelisiert werden, sondern benötigen notwendigerweise Strompegelwiderstände in den Schaltkreisen der Emitter. Andernfalls weist einer der Bipolartransistoren aufgrund eines Ungleichgewichts in einem leistungsstarken zusammengesetzten Schlüssel früher oder später einen irreversiblen thermischen Durchschlag auf. Das genannte zusammengesetzte Problem wird durch zusammengesetzte Feldschlüssel fast nicht bedroht. Diese charakteristischen thermischen Merkmale sind mit den Eigenschaften eines einfachen n- und p-Kanals und verbunden p-n-Übergangdas sind grundlegend anders.

Umfang dieser und anderer Transistoren

Die Unterschiede zwischen Feldeffekt- und Bipolartransistoren trennen ihren Anwendungsbereich klar voneinander. Beispielsweise werden in digitalen Schaltungen, in denen die minimale Stromaufnahme im Standby-Zustand erforderlich ist, Feldeffekttransistoren heutzutage viel häufiger verwendet. In analogen Mikroschaltungen tragen Feldeffekttransistoren dazu bei, eine hohe Linearität der Verstärkungseigenschaften in einem weiten Bereich von Versorgungsspannungen und Ausgangsparametern zu erreichen.

Rolle-zu-Rolle-Schaltungen werden heutzutage bequem mit Feldeffekttransistoren implementiert, da der Bereich der Ausgangsspannungen als Signale für Eingänge leicht erreicht wird und fast mit dem Pegel der Versorgungsspannung übereinstimmt. Solche Schaltungen können einfach den Ausgang des einen mit dem Eingang des anderen verbinden, und es werden keine Spannungsbegrenzer oder Teiler an den Widerständen benötigt.

Bipolartransistoren bleiben ihre typischen Anwendungen: Verstärker, ihre Stufen, Modulatoren, Detektoren, Logikinverter und Transistorlogikschaltungen.

Feldsieg

Hervorragende Beispiele für Geräte, die auf Feldeffekttransistoren basieren, sind elektronische Uhren und Fernbedienung für TV. Aufgrund der Verwendung von CMOS-Strukturen können diese Geräte bis zu mehreren Jahren mit einer Miniaturstromquelle betrieben werden - einer Batterie oder einem Akkumulator, da sie praktisch keine Energie verbrauchen.

Derzeit werden Feldeffekttransistoren zunehmend in verschiedenen Funkgeräten eingesetzt, wo sie bereits erfolgreich bipolare ersetzen. Ihre Verwendung in Funkübertragungsvorrichtungen ermöglicht es, die Frequenz des Trägersignals zu erhöhen, wodurch solche Vorrichtungen eine hohe Störfestigkeit erhalten.

Sie haben im offenen Zustand einen geringen Widerstand und werden in Endstufen von Hochleistungs-Audiofrequenzverstärkern (Hi-Fi) eingesetzt, bei denen wiederum Bipolartransistoren und sogar elektronische Röhren erfolgreich ersetzt werden.

In Hochleistungsgeräten wie Softstartern, Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) - Geräte, die sowohl Bipolar- als auch Feldeffekttransistoren kombinieren, werden bereits erfolgreich verschoben Thyristoren.

Siehe auch: Arten von Transistoren und ihre Merkmale