Tranzystory bipolarne opierają swoje działanie na przepływie zarówno elektronów, jak i dziur. W strukturze NPN baza emituje elektrony do obszaru kolektora, gdy napięcie polaryzuje złącza odpowiednio. PNP korzysta z dziur. Sterowanie wymaga prądu bazowego, co decyduje o prądzie kolektor-emiterowym. Zasilanie ich pochłania energię, bo napięcie nasycenia między kolektorem a emiterem trzyma się zwykle poniżej 0,3 V.
Budowa i zasada MOSFET
MOSFET-y, czyli tranzystory polowe z izolowaną bramką, reagują na napięcie. Warstwa tlenku krzemu izoluje bramkę od kanału. W typie kanału N źródło i dren to obszary N w podłożu P. Napięcie na bramce inwertuje nośniki, tworząc kanał. Prąd płynie bez ciągłego poboru mocy na bramce, co wyróżnia je od bipolarnych odpowiedników.
Opór w stanie włączonym, Rds(on), określa straty mocy w MOSFET-ach. Dla niskich napięć bywa niski, lecz przy wyższych rośnie. Przełączanie następuje szybko dzięki małej pojemności bramkowej. Bipolarne tranzystory zyskują na liniowości w obwodach analogowych, MOSFET-y wolą cyfrowe impulsy.
Porównanie kluczowych cech
Sterowanie prądowe w BJT oznacza, że baza ciągnie miliampery, podczas gdy MOSFET wystarcza kilka woltów bez prądu. To czyni MOSFET-y oszczędnymi w driverach. Wzajemna indukcja tranzystorów bipolarnych pozwala na wzmocnienie prądowe β, zależne od temperatury – rośnie ona, co wymaga stabilizacji. W MOSFET-ach próg napięciowy Vgs(th) definiuje włączenie, a transkonduktancja gm mierzy zależność prądu od napięcia bramki.
Awarie bipolarnych wynikają często z przegrzania złącz, MOSFET-y padają od przebicia bramki lub lawiny na dren. W aplikacjach wysokonapięciowych MOSFET-y dominują dzięki wyższemu napięciu przebicia. Bipolarne sprawdzają się w precyzyjnych wzmacniaczach, bo ich charakterystyka jest bardziej przewidywalna w zakresie liniowym.
Zastosowania praktyczne
W układach scalonych CMOS MOSFET-y tworzą miliardy bramek logicznych. Bipolarne lądują w driverach silników czy radiach. Hybrydy BiCMOS łączą zalety obu. Wybór zależy od częstotliwości, mocy i topologii. Na przykład w zasilaczach impulsowych MOSFET-y minimalizują straty przełączania dzięki szybkiemu czasowi narastania prądu.
Projektanci testują modele SPICE, by symulować zachowanie. W realu dobiera się typy jak 2N3904 dla małych sygnałów bipolarnych czy IRF540 dla mocy MOSFET. Różnice w termice – bipolarne grzeją się bardziej przy stałym prądzie, MOSFET-y przy wysokim napięciu.