3. Wybrane układy analogowe

3.6. Porównanie tranzystorów MOS i bipolarnych jako elementów wzmacniających

Możemy teraz porównać tranzystory MOS i bipolarne z punktu widzenia zastosowań w układach wzmacniaczy.
Porównamy wartość transkonduktancji - parametru, od którego w stopniach wzmacniających zależy wartość wzmocnienia napięciowego. Stosunek tych transkonduktancji wynosi

\frac{g_{m\left(BIP\right)}}{g_{m\left(MOS\right)}}=\frac{\frac{qI_C}{kT}}{\frac{2I_D}{V_{GS}-V_T}}=\frac{I_C}{I_D}\frac{V_{GS}-V_T}{2\frac{kT}{q}} 3.25

Dla jednakowych wartości prądów – drenu w tranzystorze MOS i kolektora w tranzystorze bipolarnym – transkonduktancja tranzystora bipolarnego jest kilkadziesiąt razy wyższa, bowiem {kT}/{q} jest to napięcie mające wartość około 26 mV (przy temperaturze otoczenia), podczas gdy różnica napięć V_{GS}-V_T w typowych warunkach pracy tranzystora MOS jest wielokrotnie większa. Dużo wyższa transkonduktancja czyni tranzystor bipolarny elementem korzystniejszym w układach analogowych, zwłaszcza w układach wzmacniaczy. Są też dalsze cechy tego elementu dające mu przewagę. W tablicy poniżej pokazane są główne różnice między tranzystorami MOS i bipolarnymi.

Tabela 2

Właściwość

Tranzystor MOS

Tranzystor bipolarny

Transkonduktancja

 

Większa niż w tranzystorze MOS

Max. częstotliwość pracy

Kilkanaście GHz

Kilkaset GHz

Rezystancja wejściowa

Praktycznie nieskończenie wielka (bramka izolowana)

Mała (niepomijalny prąd bazy)

Poziom szumów

 

Mniejszy niż w tranzystorze MOS

Rozrzuty produkcyjne

 

Mniejsze niż w tranzystorze MOS

 

Tranzystory bipolarne mają w układach analogowych wyraźną przewagę. Przez wiele lat układy analogowe były wykonywane wyłącznie przy użyciu tranzystorów bipolarnych. Dziś popularność technologii CMOS oraz względy ekonomiczne spowodowały, że układy analogowe CMOS są z powodzeniem stosowane, zwłaszcza jako bloki analogowe w układach typu „system on chip”.