Français
Menu

BJT vs MOSFET : les différences expliquées

Un transistor bipolaire à jonction (BJT) est commandé par un courant de base, tandis qu'un MOSFET est commandé par la tension appliquée à une grille isolée. Cette seule différence explique l'essentiel du reste : les MOSFET ne consomment presque aucun courant d'entrée permanent et s'intègrent facilement par milliards, d'où leur domination dans les puces numériques, tandis que les BJT offrent une transconductance élevée et un faible bruit, ce qui les rend toujours utiles dans les circuits analogiques et RF.

CritèreBJTMOSFET
CommandeCommandé en courant : le courant de base fixe le courant de collecteurCommandé en tension : la tension de grille fixe le courant de drain
Courant d'entréeUn courant de base permanent est nécessaire (courant de collecteur divisé par le gain)Presque aucun courant de grille permanent, mais la capacité de grille doit être chargée et déchargée à chaque commutation
PorteursLes électrons et les trous participent tous deux (bipolaire)Le courant est porté par un seul type de porteurs dans le canal (unipolaire)
TransconductanceÉlevée pour un courant donné (gm = IC / VT, environ 38 mS à 1 mA)Plus faible pour le même courant (gm = 2 ID / (VGS - Vth))
Vitesse de commutationRalentie par le stockage des porteurs minoritaires lorsqu'il est poussé en saturationRapide, car il n'y a pas de stockage de porteurs minoritaires
État passantTension de saturation fixe VCE(sat) d'environ 0.1 à 0.3 VSe comporte comme une résistance RDS(on) ; la perte vaut I au carré fois R
Comportement en températureLe courant augmente avec la température, ce qui peut provoquer un emballement thermique et complique la mise en parallèleLa résistance à l'état passant augmente avec la température, le courant se répartit donc et la mise en parallèle est facile
BruitBruit basse fréquence (1/f) plus faibleBruit 1/f plus élevé
IntégrationPlus encombrant et consomme un courant de polarisation ; utilisé dans les circuits analogiques, RF et rapides (HBT SiGe, BiCMOS)Petit, consommation statique quasi nulle en CMOS ; la base des microprocesseurs et des mémoires
Usages typiquesAmplificateurs analogiques, circuits RF, références bandgap, interrupteurs discrets simplesLogique numérique, mémoire, commutation de puissance, la plupart des circuits intégrés modernes

Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur typiques et varient selon la génération de procédé et le produit.

Quand choisir l'un ou l'autre ?

BJT
Lorsqu'il faut un gain élevé par unité de courant, un faible bruit ou une référence de tension précise : étages d'entrée analogiques, amplificateurs audio et RF, références bandgap.
MOSFET
Lorsqu'il faut un interrupteur ou un très grand nombre de composants sur une même puce : logique numérique, mémoire, convertisseurs de puissance, commande de moteurs.
IGBT
L'IGBT associe une grille MOS à un étage de sortie bipolaire. Il est utilisé lorsque la tension et le courant sont élevés, comme dans les variateurs de moteurs et les onduleurs.

Questions fréquentes

Quelle est la principale différence entre un BJT et un MOSFET ?

Un BJT est commandé par un courant de base, tandis qu'un MOSFET est commandé par la tension appliquée à une grille isolée. Un MOSFET ne consomme presque aucun courant de grille permanent, ce qui permet de l'intégrer en très grand nombre.

Pourquoi utilise-t-on des MOSFET plutôt que des BJT dans les puces numériques ?

Les MOSFET sont petits et, dans les circuits CMOS, ne consomment presque aucune puissance statique. Les BJT nécessitent un courant de polarisation et occupent plus de surface : des milliards d'entre eux sur une puce surchaufferaient.

Quand un BJT est-il préférable à un MOSFET ?

Un BJT a une transconductance plus élevée pour le même courant et un bruit basse fréquence plus faible, il reste donc utile dans les amplificateurs analogiques, les circuits RF et les références de tension bandgap.

Qu'est-ce qu'un IGBT ?

Un IGBT associe une grille MOS à un étage de sortie bipolaire. Il est utilisé pour les hautes tensions et les forts courants, comme dans les variateurs de moteurs et les onduleurs, où ses pertes en conduction sont plus faibles que celles d'un MOSFET.

Vérifier vos connaissances

Quelle différence de commande entre transistor bipolaire et MOSFET est correcte ?

  1. ALe transistor bipolaire est commandé par le courant de base, le MOSFET par la tension de grille (presque aucun courant continu ne circule dans la grille)
  2. BLe transistor bipolaire est commandé par la lumière, le MOSFET par la température
  3. CLes deux sont commandés par la tension de grille et aucun courant continu ne circule dans la borne de commande
Afficher la réponse et l'explication

Réponse : A. Le transistor bipolaire est commandé par le courant de base, le MOSFET par la tension de grille (presque aucun courant continu ne circule dans la grille)

Le transistor bipolaire est un composant commandé en courant : le courant de base commande le courant de collecteur. Le MOSFET est commandé en tension, sa grille étant séparée par un isolant ; le courant de grille permanent est quasi nul, mais un courant de charge-décharge de la capacité de grille circule à chaque commutation. La puissance de commande est donc faible à basse vitesse, mais à haute vitesse et forte capacité, la capacité du circuit de commande devient importante. L'IGBT, commandé par une grille MOS, combine les avantages des deux.

Quel est l'ordre de grandeur de la tension collecteur-émetteur d'un transistor bipolaire silicium en régime saturé ?

  1. AEnviron 0,1 à 0,3 V
  2. BEnviron 5 V
  3. CEnviron 20 V
Afficher la réponse et l'explication

Réponse : A. Environ 0,1 à 0,3 V

En régime saturé, les deux jonctions sont en direct et leurs tensions directes se compensent presque ; VCE(sat) est donc faible, environ 0,1 à 0,3 V. C'est la chute de tension de l'interrupteur à l'état passant, et les pertes valent VCE(sat) × IC. À fort courant, la résistance du collecteur s'ajoute et VCE(sat) augmente. Par rapport à la chute due à la résistance à l'état passant d'un MOSFET, le MOSFET est souvent avantageux à basse tension et fort courant.

Quelle est approximativement la transconductance gm d'un transistor bipolaire fonctionnant à un courant de collecteur de 1 mA ? (température ambiante, tension thermique VT ≈ 26 mV)

  1. AEnviron 0,38 mS
  2. BEnviron 38 mS
  3. CEnviron 3,8 S
Afficher la réponse et l'explication

Réponse : B. Environ 38 mS

La transconductance d'un transistor bipolaire vaut gm = IC/VT, soit 1 mA ÷ 26 mV ≈ 38 mS. Elle ne dépend que du courant, et non de la taille du transistor ni des dispersions de fabrication. Pour un MOSFET, gm = 2ID/(VGS − Vth) ; VGS − Vth étant généralement de 0,1 V ou plus, le bipolaire offre à courant égal une gm 2 à 4 fois supérieure. Cette gm élevée est l'une des raisons de l'emploi des bipolaires dans les circuits analogiques à faible bruit et gain élevé.

  1. Pourquoi la consommation statique (en régime établi) d’un inverseur CMOS est-elle faible ?
  2. Quelle explication relative à la dépendance en température de la résistance à l’état passant justifie la facilité de mise en parallèle des MOSFET de puissance ?
  3. Quelle répartition générale des usages entre MOSFET et IGBT en silicium est correcte ?

Questions d'entraînement sur Transistors bipolaires

Termes clés expliqués

MOSFET de puissance
MOSFET conçu pour supporter des courants et des tensions élevés. Commutation rapide ; très utilisé dans les circuits d'alimentation.
HBT (transistor bipolaire à hétérojonction)
Transistor bipolaire dont l'émetteur et la base sont faits de matériaux à bandes interdites différentes. Il existe des variantes SiGe, GaAs, etc., utilisées dans les amplificateurs haute fréquence.

Comparatifs associés