初歩的な質問で申し訳ないのですが、
電界効果トランジスタ(FET)とバイポーラトランジスタの使い分けを教えて下さい。FETとバイポーラのメリットデメリットやそれぞれの用途などについて教えていただければ幸いです。

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A 回答 (3件)

こんにちは。



バイポーラ
入力インピーダンスが低い。

FET
入力インピーダンスが非常に高い。

というのが一番大きな違いかと思います。

ゆえに、測定などの高いインピーダンスを要する回路、電圧信号を取り出す場合などのフロント回路にFETが用いられます。

特に生体電位計測(脳波や心電図、筋電図など)の測定では、超高インピーダンスが必要とされるので、MOS型FETの独壇場状態です。

また、最近はFETで大電力を制御する事ができるものができてきました。
そうすると、トランジスタでは、大きな電流を制御する為にベースにある程度(1/Hfe の)電流を流す必要があり、大電流では、ベース電力による発熱がバカにならなくなります。FETでは電圧で制御できるので、ゲート電力も小さく、そういう分野の制御素子などにも使われてきてます。

また、コレクターエミッター間(CE間)は、どんなにベースに電流を流し込んでも、PN接合による電圧が残るので、(約2~3V)大きな振幅を使う事ができません。FETはほとんどドレインーソース間を0V近くまで使えます。

あと、スイッチ素子として使う場合、バイポーラでは、オフの時の漏れ電流がかなりありますが、FETは非常に高いインピーダンスで遮断できます。また、FETは、ドレインソース間にPN接合がないので、これによる電圧吸収がなく、ドレインーソース間の特性は純粋な抵抗に近くそれをゲート電圧でコントロールする電子ボリュームみたいな使い方ができます。

これではFETはいいことづくめみたいですが、欠点としては、素子1個あたりの利得はバイポーラの方が高い物が作りやすいということがあります。

ですから、増幅器では2段目以降や、余り高いインピーダンスがいらない増幅器ではバイポーラが幅を利かせてます。
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この回答へのお礼

早速のご連絡有難うございます。
ところで、2つほど恥ずかしい質問をして宜しいでしょうか?
1.インピーダンスとは?本で意味を探しているのですが・・・。
2.素子1個あたりの利得とは?どういう事ですか?

すいません。出来れば教えていただけますか?

お礼日時:2001/08/28 15:04

こんにちは。

再質問をいただいたようで。m(__)m

>インピーダンスとは?

直流でいうところの抵抗の性質を交流でいう場合に使う言葉ですが、そのまま当てはめることができません。
というのは、コイルは直流に対しては抵抗として働きませんが、交流に対しては、2×パイ(円周率)×周波数×インダクタンス(コイルの性質の強さの値)という式で表される抵抗値を持ちます。周波数で変わるわけですね。

また、コンデンサーは直流は通さないけど、交流は通して抵抗としての性質を持ちます。
その値は、1/(2×パイ×周波数×容量)という式で表され、これも周波数で変わります。

ですから、交流回路では、これらを合成して考える場合、抵抗、コイル、コンデンサーなどの成分をその周波数で合算した数字としてインピーダンスと呼びます。

簡単には、直流の場合の抵抗にあたる交流の数字で周波数で変わると思ってください。

2.素子1個あたりの利得とは?どういう事ですか?

利得というのは、増幅度(増幅率という場合もあり)を対数で表したものです。
利得=20×log増幅度 という式で表され、単位は dB (デシベル)で表します。

増幅度とは、単純に何倍になるかですね。

何でこんな事をするのかというと、何倍になったという数字より、それを対数で表した数字の方が人間の感覚に近くなるからです。

ですから、ここでは、利得も増幅度も同じような意味で単位が違う程度に思っていいでしょう。

素子1個あたりというのは、素子を1個(トランジスタなりFETなり)使ってえられる利得、あるいは増幅度ということです。

通常、バイポーラ素子の方が大きい増幅度がえられます。(利得といってもいいです)

こんなところでいかがでしょう?
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初歩的でなく、基本的でしょうか。

以下のような切り口で良いでしょうか。
FETは、電圧によって電流を制御する増幅素子、バイポーラは、電流増幅素子ですね。不純物半導体であると言ううだけが共通点でしょう。
FETのバイポーラーとの違い:入力抵抗が高い。漏洩電流が非常に小さい。雑音特性がよい。増幅器に使用したとき混変調歪みが小さい。駆動能力が低い。V-I特性が直線性に近い。
バイポーラ:一般的トランジスタである。入力抵抗が低い。動作速度が比較的速い。
使い分け例---
バイポーラ:一般的アナログ回路。パワートランジスタ。
接合型FET:アナログ-オーディオ...雑音が小さい
MOS型FET:デジタルIC、マイコン,LSI
GaAs型FET:マイクロ波
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Aベストアンサー

>Vth電圧を低くしてVdsを確保できるようにかな
逆ですね。1段目と2段目のバックゲートを共通にすると、2段目のバックゲートを2段目のソース(=1段目のドレイン)につなぐ場合に比べて、2段目のVthは高くなってしまいます。

そういう意味では、1段目と2段目のバックゲートを共通にすると、高周波特性は悪くなってしまいますし、例えば、差動回路の場合だと、バックゲート効果で入出力応答に非線形性が入ったりと、バックゲートを分ける場合に比べて、どちらかといえば性能は劣化する方向になります。

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>Vth電圧を低くしてVdsを確保できるようにかな
逆ですね。1段目と2段目のバックゲートを共通にすると、2段目のバックゲートを2段目のソース(=1段目のドレイン)につなぐ場合に比べて、2段目のVthは高くなってしまいます。

そういう意味では、1段目と2段目のバックゲートを共通にすると、高周波特性は悪くなってしまいますし、例えば、差動回路の場合だと、バックゲート効果で入出力応答に非線形性が入ったりと、バックゲートを分ける場合に比べて、どちらかといえば性能は劣化する方向になります。...続きを読む

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Aベストアンサー

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ベース輸送効率 β は、ベース幅を Wb、ベースでの少数キャリアの拡散長を Ln とすれば、β = 1/cosh( Wb/Ln ) で表されます。Ln は 1 μm のオーダですので、Wb = 10 μm 、Ln = 1 μm とすれば、β = 1/cosh(10) = 9×10^(-5) となってしまい、仮に γ = 1 であったとしても、α = 9×10^(-5) ですから、hfe = 9×10^(-5) とほとんど増幅素子として機能しません。一方、Wb = 0.1 μm 、Ln = 1 μm ならば、β = 0.995 なので、hfe = 200 と、普通のトランジスタとして動作します。

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バイポーラトランジスタは少数キャリアを注入するデバイスなので、ベース厚さよりも、少数キャリアの拡散長のほうが長くないと、ベース輸送効率 β が小さくなってしまいます。ベース接地の電流増幅率 α は、α = γ*β で表されます( γ はエミッタ輸送効率 )ので、β が小さいと電流増幅率が小さくなってしまいます。エミッタ接地での電流増幅率 hfe は、hfe = α/( 1 - α ) ですので、 α が1に非常に近い値でないと、hfe が極端に低下してしまいます(例えば、α = 0.9 になっても、hfe = 9 と極端に低下する)。

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Aベストアンサー

rE=kT/qI0*exp(-qV0/kT)

で正しいです。


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