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发布者:来自网络 发布时间:2012/3/16 阅读:22897次    关键字: MOSFET BJT
MOSFET与BJT的基本特性比较


MOSFET与BJT的基本特性比较

1)输入电流和输入电阻:

BJT是电流驱动器件,必须要有一定的输入电流才能工作,其输入电阻很小(约为kT/(qIE))。对共发射极组态的BJT,输入电流IB与电流放大系数有关:放大性能越好,所需要的输入电流就越小。

MOSFET的输入电阻几乎为∞,是一个电容,则它具有的一个重要优点就是0输入电流。这就使得MOSFET在应用中的输入回路比较简单,而且可以使用其输入电容来存储和读出信号电荷。

不过,不幸的是对于纳米MOSFET而言,它与双极型晶体管一样,也具有一定的输入电流(栅极电流),这会给许多微电子电路带来严重的危害。因此,如何减小纳米MOSFET的栅极电流是一个应该很好考虑的问题。

此外,MOSFET输入电压(VGS)的一致性较差,这就使得在作为运算放大器的输入差动放大级应用时,与BJT相比,将会产生较大的失调电压

(2)输出电压:

BJT的输出电压(VCE)较低,不管是作为高速应用、还是作为高增益应用,一般其最小输出电压都约为(kT/q)值的数倍,即仅稍大于0.1V。这是BJT的一个重要优点,即BJT是一种很好的低电压工作的器件。

MOSFET的最小输出电压就是其源-漏饱和电压(VDsat=VGS-VT),这时因为输出交流电阻很大,则可获得较高的电压增益。

当MOSFET在高增益应用时,为了提高饱和状态的电压增益,就需要选择较小的(VGS-VT)值,则这时的饱和电压VDsat也很小。但是,当MOSFET在高频、高速应用时,为了提高频率和速度,在保证一定的电压增益下,就需要尽可能选择较大的(VGS-VT)值,则这时的饱和源-漏电压也较大,这将严重地限制着器件输出电压的摆幅。

总之,作为高增益和高频、高速应用来说,BJT都具有一定的的长处。

(3)跨导-电流比:

晶体管的跨导-电流比(gm/IC,gm/IDS)是模拟应用中的一个重要参量。

随着输出电流的增大,BJT的跨导-电流比在很大的范围内基本上没有变化;而MOSFET的跨导-电流比却一直是下降的。这是由于BJT的跨导很大的缘故。

因此,对于具有相同跨导的器件,在高增益应用时,BJT的工作电流将大约是MOSFET的25%。BJT的这种长处对于降低电路功耗具有重要的意义,尤其是在便携式电子设备中可以有效地减小电池的消耗。

(4)速度和噪声:

因为在大电流时,多数载流子都将以饱和漂移速度运动,因此,尺寸越小的器件,工作速度就越高。在这一点上,MOSFET因其沟道长度的不断缩短而呈现出优势,现在的纳米MOSFET可以实现超高速应用。而BJT的基区宽度相对来说是不变的。

在噪声性能方面,BJT较有优势。因为BJT的跨导很大,所以其热噪声就相对较低;又因为BJT原则上是一种非表面器件,所以它的1/f噪声也较小(等效输入噪声电压约小一个数量级)。

BJT具有当信号源内阻较低(约小于10kH)时噪声小的特点,而场效应晶体管在信号源内阻较高(约大于10kH)时具有较小的噪声。

因为BJT的转移特性是指数函数式的,则其3次项对于交扰调制的影响较大;而场效应晶体管的转移特性是抛物线函数关系,则不存在3次项的影响,故其交扰调制特性较好。

(5)设计方案和器件模型:

BJT的关键参数较少,主要是基区宽度和p-n结面积。

而MOSFET设计参数较多,共有五个:gm、IDS、(VGS-VT)、W和L。

在设计模型方面,BJT和MOSFET有所不同。BJT的电流方程以及所给出的相应模型都是精确而有效的,并且只要一个模型即可模拟整个器件。

而MOSFET需要三个模型和多个拟合的晶体管参数才能模拟整个器件;而且这些模型随着工艺技术的进步而在不断地发展变化中(只能在一段时间范围内有效)。

总之,仅从器件的性能参量和模型精度上来看,BJT在许多方面都具有一定的优势,特别是在模拟应用领域内具有其独特的长处。此外,在双极型模拟集成电路中,寄生效应也较小,例如外延平面n-p-n晶体管下面的寄生p-n-p晶体管,实质上就不起作用。

然而,BJT及其IC的工艺技术水平远不及MOSFET和MOS-IC。因此,集成难度较大,集成度也较低。所以,开发BJT的工艺技术,以适应VLSI发展的需要,这仍然是一个重要的研究课题。

当然,现在已经发展出来的Bi-CMOS技术,综合了双极型晶体管的高跨导、强的负载驱动能力和CMOS的高集成度、低功耗的优点,给高速、高集成度、高性能VLSI的发展开辟了一条新的道路。但是,Bi-CMOS技术的加工成本较高。

文章来源:http://bbs.ednchina.com/BLOG_ARTICLE_1989536.HTM

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