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BJT बनाम MOSFET: प्रमुख अंतर, कार्य सिद्धांत, प्रकार और अनुप्रयोग

यह गाइड इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जाने वाले दो सामान्य भागों के बारे में बात करता है: BJT और MOSFET।यह बताता है कि वे क्या हैं, वे कैसे काम करते हैं, और प्रत्येक के विभिन्न प्रकार।यह भी दिखाता है कि उनका उपयोग कहां किया जाता है, जैसे कि एम्पलीफायरों, स्विच और डिजिटल उपकरणों में।आप दोनों के अच्छे और बुरे पक्षों को भी सीखेंगे, इसलिए आप यह तय कर सकते हैं कि आपके सर्किट के लिए कौन सा बेहतर है।

सूची

BJT और MOSFET क्या है?

BJT क्या है?

एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT) एक कोर सेमीकंडक्टर डिवाइस है जिसका उपयोग एनालॉग और डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स दोनों में किया जाता है।इसने प्रारंभिक इलेक्ट्रॉनिक्स में वैक्यूम ट्यूबों को बदल दिया, जिससे सर्किट को छोटा, तेज और अधिक कुशल बनाने में मदद मिली।BJTs दो रूपों में आते हैं कि कैसे अर्धचालक सामग्री की आंतरिक परतों को व्यवस्थित और डोप किया जाता है।यह कलेक्टर और एमिटर के बीच एक बहुत बड़े वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए आधार पर एक छोटे इनपुट वर्तमान का उपयोग करके काम करता है।यह BJT को एक वर्तमान-नियंत्रित उपकरण बनाता है और कमजोर विद्युत संकेतों को बढ़ाने के लिए उपयोगी है।एनपीएन बीजेटीएस में, इलेक्ट्रॉन वर्तमान को ले जाते हैं, जो इन उपकरणों को पीएनपी प्रकारों की तुलना में उच्च गति और बेहतर दक्षता देता है, जहां छेद मुख्य वाहक हैं।उनके पूर्वानुमानित व्यवहार और रैखिक सिग्नल परिवर्तनों को संभालने की क्षमता के कारण, BJTs अक्सर ऑडियो एम्पलीफायरों और कम-शोर सिग्नल पथ जैसे एनालॉग सर्किट में उपयोग किए जाते हैं।

चित्रा 2। द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT)

MOSFET क्या है?

एक मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFET) एक वोल्टेज-नियंत्रित स्विच है जो आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।BJTS के विपरीत, जिसे इनपुट पर एक स्थिर वर्तमान की आवश्यकता होती है, एक MOSFET को केवल स्रोत और नाली के बीच वर्तमान को नियंत्रित करने के लिए गेट पर एक वोल्टेज की आवश्यकता होती है।गेट एक पतली ऑक्साइड परत द्वारा चैनल से विद्युत रूप से अछूता है, जो डिवाइस को बहुत कम इनपुट करंट के साथ संचालित करने की अनुमति देता है।यह इन्सुलेशन MOSFETs को उच्च इनपुट प्रतिबाधा देता है और बिजली के उपयोग को कम करने में मदद करता है, खासकर जब डिवाइस स्विच नहीं कर रहा है।MOSFETS N-CHANNEL और P-CHANNEL प्रकारों में आते हैं और या तो एन्हांसमेंट मोड (सामान्य रूप से बंद) या घटाव मोड (सामान्य रूप से) में काम कर सकते हैं।उनकी तेज़ स्विचिंग गति, कम बिजली की हानि और लॉजिक सर्किट के साथ संगतता के कारण, वे माइक्रोप्रोसेसर्स, डिजिटल सिस्टम और कुशल पावर कन्वर्टर्स में महत्वपूर्ण हैं।

चित्रा 3। धातु-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (MOSFETs)

BJT और MOSFET कैसे काम करते हैं?

BJT कैसे काम करते हैं?

एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT) कलेक्टर से एमिटर तक बहने वाले बहुत बड़े करंट को नियंत्रित करने के लिए आधार पर एक छोटे से करंट का उपयोग करके काम करता है।एक एनपीएन ट्रांजिस्टर में, जब आधार और एमिटर के बीच एक छोटा फॉरवर्ड वोल्टेज लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों को एमिटर से बेस में इंजेक्ट किया जाता है।क्योंकि आधार पतला और हल्के से डोप किया जाता है, केवल कुछ इलेक्ट्रॉनों को फिर से मिलाया जाता है;रिवर्स-बायस्ड कलेक्टर-बेस जंक्शन के कारण अधिकांश कलेक्टर में बह गए हैं।यह एक मजबूत कलेक्टर वर्तमान बनाता है।ट्रांजिस्टर एक वर्तमान एम्पलीफायर के रूप में कार्य करता है, जहां एक छोटा आधार वर्तमान (मैं)_बी) एक बहुत बड़े कलेक्टर वर्तमान को नियंत्रित करता है (मैं_सी)।उनके बीच संबंध वर्तमान लाभ β द्वारा परिभाषित किया गया है, जहां

एमिटर करंट (मैं)_ईटी) ट्रांजिस्टर छोड़ने वाला कुल करंट है और आधार और कलेक्टर धाराओं का योग है:

चित्रा 4। एक द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर का कार्य सिद्धांत

MOSFETS कैसे काम करता है?

एक MOSFET (मेटल-ऑक्साइड-सेमिकंडक्टर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर) गेट टर्मिनल द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके दो टर्मिनलों (स्रोत और नाली) के बीच वर्तमान के प्रवाह को नियंत्रित करके संचालित होता है।

एन-चैनल एन्हांसमेंट-मोड MOSFET में, डिवाइस सामान्य रूप से बंद हो जाता है जब कोई गेट वोल्टेज लागू नहीं होता है।जब गेट पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो यह एक विद्युत क्षेत्र बनाता है जो पी-टाइप सब्सट्रेट में चैनल क्षेत्र की ओर इलेक्ट्रॉनों को आकर्षित करता है।ये इलेक्ट्रॉन एक उलटा परत बनाते हैं, जो स्रोत और नाली के बीच एक प्रवाहकीय चैनल बनाते हैं।वर्तमान तब प्रवाह हो सकता है जब इन दो टर्मिनलों के बीच एक वोल्टेज लागू किया जाता है।

गेट और सब्सट्रेट के बीच की पतली ऑक्साइड परत एक संधारित्र में ढांकता हुआ की तरह काम करती है।यह विद्युत रूप से गेट को इन्सुलेट करता है, इसलिए वस्तुतः कोई वर्तमान गेट में नहीं बहती है।यह बिजली की खपत को कम करता है और डिवाइस को ऊर्जा को कुशल बनाता है।

MOSFET को बंद करने के लिए, गेट वोल्टेज को हटा दिया जाता है या शून्य बनाया जाता है, जिससे चैनल गायब हो जाता है और वर्तमान प्रवाह को रोकता है।पी-चैनल MOSFETs समान रूप से कार्य करते हैं, लेकिन वर्तमान प्रवाह के लिए एक चैनल बनाने के लिए एक नकारात्मक गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है।

MOSFET की स्विचिंग गति इस बात पर निर्भर करती है कि गेट कैपेसिटेंस कितनी जल्दी चार्ज या डिस्चार्ज किया जा सकता है।हालांकि, एक बार जब डिवाइस पूरी तरह से चालू या बंद हो जाता है, तो यह लगभग कोई शक्ति नहीं रखता है, जिससे यह डिजिटल लॉजिक सर्किट और हाई-स्पीड स्विचिंग एप्लिकेशन में उपयोग के लिए आदर्श बनाता है।

चित्रा 5। एक MOSFET का कार्य सिद्धांत

BJT और MOSFET के प्रकार

द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT) के प्रकार

चित्रा 6। BJT प्रकार

• एनपीएन ट्रांजिस्टर

एक एनपीएन ट्रांजिस्टर दो एन-प्रकार के अर्धचालक परतों से बना होता है जो एक पतली पी-टाइप बेस द्वारा अलग की जाती है।जब बेस-एमिटर जंक्शन पर एक फॉरवर्ड बायस लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों को एमिटर से बेस में प्रवाहित किया जाता है।इन इलेक्ट्रॉनों में से अधिकांश कलेक्टर में बह गए हैं, एक मजबूत वर्तमान प्रवाह पैदा करते हैं।एनपीएन ट्रांजिस्टर का उपयोग इलेक्ट्रॉनों की उच्च गतिशीलता के कारण व्यापक रूप से किया जाता है, जो कई इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों में तेजी से स्विचिंग और बेहतर प्रदर्शन की अनुमति देता है।

• पीएनपी ट्रांजिस्टर

एक पीएनपी ट्रांजिस्टर में एनपीएन की तुलना में एक उल्टा संरचना होती है: बीच में एन-टाइप बेस के साथ दो पी-प्रकार की परतें।जब एमिटर-बेस जंक्शन फॉरवर्ड-बायस्ड होता है, तो छेद एमिटर से बेस में चले जाते हैं और फिर कलेक्टर द्वारा एकत्र किए जाते हैं।क्योंकि छेद इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक धीरे -धीरे चलते हैं, पीएनपी ट्रांजिस्टर में आमतौर पर कम वर्तमान लाभ और धीमी स्विचिंग गति होती है।इसके बावजूद, वे पूरक सर्किट डिजाइनों में महत्वपूर्ण हैं और अक्सर लो-साइड स्विचिंग जैसे अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं।

MOSFET प्रकार और ऑपरेटिंग मोड

चित्रा 7। MOSFET प्रकार

• वृद्धि मोड mosfets

ये ट्रांजिस्टर सामान्य रूप से बंद होते हैं और चालू करने के लिए गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है। एन-चैनल एन्हांसमेंट-मोड MOSFETS गेट टर्मिनल पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू करके स्विच किया जाता है।ये अत्यधिक कुशल उपकरण हैं जो अपनी तेज़ स्विचिंग गति और कम-प्रतिरोध के लिए जाने जाते हैं, जिससे उन्हें पावर-स्विचिंग एप्लिकेशन, स्विचिंग रेगुलेटर, मोटर कंट्रोलर और डिजिटल लॉजिक सर्किट में उपयोग के लिए आदर्श बनाता है।पी-चैनल एन्हांसमेंट-मोड MOSFETSदूसरी ओर, चालू करने के लिए एक नकारात्मक गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है।यद्यपि वे अपने एन-चैनल समकक्षों की तुलना में धीमी गति से स्विचिंग गति और उच्च प्रतिरोध करते हैं, वे सीएमओ (पूरक धातु-ऑक्साइड-सेमिकॉन्डक्टर) डिजाइनों में महान हैं।इन प्रणालियों में, पी- और एन-चैनल MOSFETs लॉजिक गेट्स बनाने के लिए एक साथ काम करते हैं जो निष्क्रिय होने पर वस्तुतः कोई शक्ति नहीं है, जो बैटरी-संचालित और कम-शक्ति वाले इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए महत्वपूर्ण है।

• रिक्तीकरण मोड mosfets

ये आम तौर पर चालू होते हैं और बंद करने के लिए गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है। एन-चैनल की कमी-मोड मोसफेट्स डिफ़ॉल्ट रूप से वर्तमान का संचालन करें और एक नकारात्मक गेट वोल्टेज को लागू करके स्विच किया जा सकता है।ये एनालॉग सर्किट, निरंतर वर्तमान स्रोतों, या फेल-सेफ डिज़ाइन जैसे अनुप्रयोगों में उपयोगी होते हैं, जहां "हमेशा-ऑन" व्यवहार वांछनीय है।पी-चैनल की कमी-मोड मोसफेट्स इसी तरह से काम करें लेकिन स्विच ऑफ करने के लिए एक सकारात्मक गेट वोल्टेज की आवश्यकता होती है।आमतौर पर कम उपयोग किए जाने के दौरान, वे विशिष्ट एनालॉग या सुरक्षात्मक सर्किट डिजाइनों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं जहां पूर्वानुमानित डिफ़ॉल्ट चालन की आवश्यकता होती है।

BJT और MOSFET की ताकत और कमजोरियां

BJTS की ताकत और कमजोरियां

ताकत	कमजोरियों
उच्च रैखिकता और एनालॉग सर्किट के लिए सुसंगत लाभ	निरंतर आधार वर्तमान, बढ़ती शक्ति की आवश्यकता है उपभोग
छोटे इनपुट धाराओं के लिए अच्छी तरह से प्रतिक्रिया करता है (ऑडियो के लिए आदर्श preamps, सेंसर इनपुट)	कम इनपुट प्रतिबाधा, इसके साथ इंटरफ़ेस करना मुश्किल हो जाता है उच्च-प्रतिबाधा स्रोत
सरल नियंत्रण के साथ मध्यम वर्तमान आउटपुट	उचित शीतलन के बिना थर्मल रनवे के लिए प्रवण
आम तौर पर mosfets की तुलना में अधिक सस्ती	MOSFET की तुलना में धीमी गति से स्विचिंग गति, उपयोग को सीमित करना तेजी से डिजिटल अनुप्रयोगों में
रेडियो जैसे कम-शोर वाले एनालॉग अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट आवृत्ति और इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायरों	सीमित इनपुट वोल्टेज स्विंग, विशेष रूप से कम-वोल्टेज में प्रणाली
पूर्वाग्रह के लिए आसान और उचित के साथ रैखिक मोड में स्थिर डिज़ाइन	लाभ (β) उपकरणों के बीच और साथ व्यापक रूप से भिन्न होता है तापमान, तंग सर्किट सहिष्णुता या प्रतिक्रिया डिजाइन की आवश्यकता होती है
पुश-पुल और क्लास एबी एम्पलीफायर में मजबूत प्रदर्शन चरणों	आधुनिक एकीकृत सर्किट में MOSFETs के रूप में स्केलेबल नहीं है या बहुत उच्च घनत्व VLSI डिजाइन
असतत ट्रांजिस्टर डिजाइनों में पसंद किया जहां सादगी और एनालॉग प्रिसिजन को प्राथमिकता दी जाती है	उच्च-शक्ति में बड़ा भौतिक आकार और कम कुशल स्विचिंग जब तक कि गर्मी के डूबने और पूर्वाग्रह के साथ सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किया गया

MOSFETS की ताकत और कमजोरियां

ताकत	कमजोरियों
बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा;लगभग कोई वर्तमान नहीं है नियंत्रण	स्थिर बिजली (ईएसडी) द्वारा आसानी से क्षतिग्रस्त
डिजिटल लॉजिक सर्किट के साथ जुड़ने में आसान	गेट क्षति को रोकने के लिए सुरक्षा सर्किट की आवश्यकता है
कम ऑन-प्रतिरोध बिजली के नुकसान को कम करने में मदद करता है	गेट को चार्ज और डिस्चार्ज होना चाहिए, जो धीमा हो जाता है उच्च गति पर स्विच करना
कम-शक्ति और ऊर्जा-बचत उपकरणों के लिए महान	विशेष के बिना बहुत उच्च आवृत्तियों पर कम कुशल डिज़ाइन
पावर जैसे तेजी से स्विचिंग एप्लिकेशन में अच्छी तरह से काम करता है आपूर्ति और कन्वर्टर्स	सावधान गेट वोल्टेज नियंत्रण की आवश्यकता है;बहुत अधिक नुकसान कर सकते हैं युक्ति
CPU, GPU और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स में छोटे के कारण उपयोग किया जाता है आकार और निम्न शक्ति	उच्च-विकिरण या चरम वातावरण में विश्वसनीय नहीं जब तक विशेष संस्करणों का उपयोग नहीं किया जाता है
एन-चैनल और पी-चैनल दोनों प्रकारों में उपलब्ध है संतुलित तर्क डिजाइन (सीएमओ)	सरल, कम-शक्ति में BJTs की तुलना में अधिक महंगा हो सकता है अनुरूप उपयोग
तेजी से और कुशल स्विचिंग सर्किट में गर्मी को कम करता है	जब तक सटीक एनालॉग सर्किट में विरूपण दिखा सकते हैं मुआवजा दिया

BJT और MOSFET के आवेदन

अनुरूप सर्किट

सर्किट में जो संकेतों (जैसे ध्वनि) के साथ काम करते हैं, बीजेटी का उपयोग अक्सर किया जाता है क्योंकि वे अच्छे सिग्नल की गुणवत्ता और लाभ देते हैं।आप उन्हें ऑडियो एम्पलीफायरों और वोल्टेज नियामकों जैसी चीजों में पाएंगे।MOSFETS का उपयोग यहां भी किया जाता है, खासकर जब उच्च इनपुट प्रतिरोध या तेजी से स्विचिंग की आवश्यकता होती है, जैसे कि एनालॉग स्विच या कुछ वोल्टेज नियामकों में।

स्विचिंग सर्किट

BJTS और MOSFETs दोनों का उपयोग सर्किट में चीजों को चालू और बंद करने के लिए किया जा सकता है।BJTs धीमी गति से स्विच के लिए अच्छे हैं जिन्हें मोटर कंट्रोलर या सरल रिले में लाभ की आवश्यकता होती है।MOSFETs तेज और कुशल स्विचिंग के लिए बेहतर हैं, जैसे मोटर स्पीड कंट्रोलर, डिजिटल टाइमर या बिजली की आपूर्ति सर्किट।

संकेत आगे बढ़ाना

जब एक सर्किट को सेंसर या फिल्टर से छोटे, सटीक संकेतों को संभालने की आवश्यकता होती है, तो BJTs को अक्सर चुना जाता है क्योंकि वे स्थिर होते हैं और लगातार प्रदर्शन देते हैं।MOSFETS का उपयोग यहां भी किया जा सकता है, विशेष रूप से डिजिटल सिस्टम में, लेकिन सटीकता महत्वपूर्ण होने पर BJT बेहतर हैं।

अंकीय सर्किट

MOSFETS डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स के मुख्य निर्माण ब्लॉक हैं।वे कंप्यूटर चिप्स, मेमोरी और लॉजिक गेट जैसी चीजों में उपयोग किए जाते हैं क्योंकि वे बहुत कम शक्ति का उपयोग करते हैं और तेजी से काम करते हैं।BJTs पुराने डिजिटल सिस्टम में आम हुआ करते थे, लेकिन अब ज्यादातर MOSFETs द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं।

उच्च आवृत्ति सर्किट

बहुत तेज़ संकेतों के लिए, जैसे कि रेडियो या वायरलेस सिस्टम में, दोनों प्रकारों का उपयोग किया जा सकता है।BJTs कुछ सौ मेगाहर्ट्ज़ तक अच्छी तरह से काम करते हैं, जिससे वे रेडियो एम्पलीफायरों के लिए महान बन जाते हैं।GAN या LDMOS प्रकारों जैसे हाई-स्पीड MOSFETs का उपयोग रडार या संचार उपकरणों जैसे आधुनिक उच्च-आवृत्ति प्रणालियों में किया जाता है क्योंकि वे जल्दी से स्विच करते हैं और बहुत अधिक ऊर्जा बर्बाद नहीं करते हैं।

पावर सर्किट

बहुत सारी शक्ति को नियंत्रित करने वाले सर्किट में, MOSFETs आमतौर पर बैटरी चार्जर, एलईडी लाइट्स और छोटे पावर कन्वर्टर्स जैसे लोअर-वोल्टेज सिस्टम के लिए चुने जाते हैं, वे कुशल हैं और शांत रहते हैं।BJTS, या IGBTs जैसे उनके मजबूत संस्करण, अभी भी मोटर ड्राइव और औद्योगिक मशीनों जैसे भारी-शुल्क प्रणालियों में उपयोग किए जाते हैं जहां वे बड़ी धाराओं और वोल्टेज को संभाल सकते हैं।

BJT और MOSFET के बीच अंतर

संपत्ति	द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (BJT)	धातु ऑक्साइड अर्धचालक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (MOSFET)
वर्गीकरण	दो प्रकार: एनपीएन और पीएनपी	दो प्रकार: वृद्धि-मोड (एन-चैनल, पी-चैनल) और कमी-मोड (एन-चैनल, पी-चैनल)
टर्मिनल	आधार, एमिटर, कलेक्टर	द्वार, स्रोत, नाली
ट्रांजिस्टर प्रकार	द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर	एकध्रुवीय ट्रांजिस्टर
प्रभारी वाहक	दोनों इलेक्ट्रॉन और छेद	या तो इलेक्ट्रॉन या छेद
नियंत्रण पद्धति	चालू-नियंत्रित युक्ति	वोल्टेज-नियंत्रित युक्ति
स्विचिंग गति	~ 100 kHz तक	~ 300 kHz तक
इनपुट प्रतिबाधा	कम	उच्च
आउटपुट प्रतिबाधा	कम	मध्यम
तापमान गुणांक और समानांतर	नकारात्मक गुणांक;सीमित समानांतर उपयोग	सकारात्मक गुणांक;समानांतर के लिए आसान
बिजली की खपत	उच्च (वर्तमान नियंत्रण के कारण)	कम (वोल्टेज नियंत्रण के कारण)
दूसरी ब्रेकडाउन सीमा	दूसरी ब्रेकडाउन सीमा है	कोई दूसरा ब्रेकडाउन नहीं;परिभाषित सुरक्षित परिचालन क्षेत्र
तापीय स्थिरता	कम थर्मल स्थिरता	बेहतर थर्मल स्थिरता
स्विचिंग में बिजली का अपव्यय	आमतौर पर अधिक शक्ति का प्रसार होता है	स्विचिंग में अधिक कुशल;कम अपव्यय

निष्कर्ष

BJTS और MOSFETs दोनों का उपयोग बिजली के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, लेकिन वे इसे अलग -अलग तरीकों से करते हैं।BJTs एक बड़े को नियंत्रित करने के लिए एक छोटे से करंट का उपयोग करते हैं, इसलिए वे वक्ताओं या रेडियो की तरह संकेतों को बढ़ाने के लिए महान हैं।MOSFETs वर्तमान के बजाय वोल्टेज का उपयोग करते हैं और तेजी से स्विचिंग और बचत शक्ति के लिए बेहतर होते हैं, जो उन्हें कंप्यूटर और बैटरी-संचालित उपकरणों में सामान्य बनाता है।प्रत्येक की अपनी ताकत है, BJTs स्वच्छ सिग्नल नियंत्रण के लिए बेहतर हैं, और MOSFETs तेज, कम-ऊर्जा स्विचिंग के लिए बेहतर हैं।सही का चयन करना इस बात पर निर्भर करता है कि आपके सर्किट की क्या आवश्यकता है: बिजली, गति, सिग्नल की गुणवत्ता या ऊर्जा बचत।