Dans mon expérimentation, jai utilisé uniquement des BJT comme interrupteurs (pour allumer et éteindre des éléments tels que des LED et autres) pour mes sorties MCU. on a cependant répété à maintes reprises que les MOSFET en mode damélioration de canal N sont un meilleur choix pour les commutateurs (voir ici et ici , pour des exemples), mais je ne suis pas sûr de comprendre pourquoi. Je sais quun MOSFET ne gaspille pas de courant sur la porte, là où la base dun BJT le fait, mais ce nest pas un problème pour moi, car je ne fonctionne pas sur piles. Un MOSFET ne nécessite également aucune résistance en série avec la porte, mais nécessite généralement une résistance de tirage vers le bas afin que la porte ne flotte pas lorsque le MCU est redémarré (non?). Aucune réduction du nombre de pièces, alors.
Il ne semble pas y avoir un grand surplus de MOSFET de niveau logique qui peuvent commuter le courant que peuvent faire les BJT bon marché (~ 600-800mA pour un 2N2222, par exemple ), et ceux qui existent (TN0702, par exemple) sont difficiles à trouver et beaucoup plus chers.
Quand un MOSFET est-il plus approprié quun BJT? Pourquoi me dit-on continuellement que je devrais être en utilisant des MOSFET?
Commentaires
- Les limitations de la batterie ne sont pas ‘ la seule raison d’économiser de l’énergie. à propos de la dissipation thermique? Quen est-il du coût de fonctionnement? Quen est-il de la durée de vie du produit (qui peut être limitée par la chaleur)?
- Il y a des décennies, lorsque les MOSFET étaient encore de nouveaux appareils, je me souviens avoir vu un article où un fabricant de MOSFET ont fait remarquer quils ‘ avaient fait un véritable exploit, pour montrer que les pièces allaient vraiment arriver: ils ‘ ont construit et expédié le VN10KM, qui était spécifiquement des ignoré et destiné à sintégrer dans la niche écologique habituelle actuellement occupée par le vénérable 2N2222.
Réponse
Les BJT sont bien plus approprié que les MOSFET pour piloter des LED de faible puissance et des dispositifs similaires à partir de MCU. Les MOSFET sont meilleurs pour les applications haute puissance car ils peuvent basculer plus rapidement que les BJT, ce qui leur permet dutiliser des inducteurs plus petits dans les alimentations à découpage, ce qui augmente lefficacité.
Commentaires
- Quest-ce qui rend exactement un BJT ‘ beaucoup plus approprié ‘ pour la conduite de LED? Il existe des tonnes de pilotes de LED qui utilisent des commutateurs MOSFET.
- Une commutation plus rapide n’a pas ‘ nécessairement rien à voir avec les applications à haute puissance. Les paires Darlington (BJT), etc. peuvent être utilisées pour commuter une puissance élevée. Vous ‘ re answer doesn ‘ aller au cœur du problème.
- @Mark: lun des les limitations majeures des BJT ‘ sont quils nécessitent un courant de base proportionnel au courant de collecteur maximum possible. Lorsque vous contrôlez quelque chose dont le courant maximal est beaucoup plus élevé que le courant attendu (par exemple un moteur), cela peut être très inutile. Lors de la conduite dune LED, cependant, le courant peut être assez bien prédit; gaspiller 2,5% de la puissance dun ‘ dans la base nest pas ‘ un gros problème.
- @supercat comment fait cela les rend » beaucoup plus appropriés « ? 2,5% est une énorme affaire dans de nombreuses applications.
- @Mark: Dans certaines applications, 2,5% peut être un gros problème, mais dans de nombreuses applications, on sera beaucoup plus préoccupé par les 10 mA consommés par une LED que les 250uA consommés dans la base du transistor le contrôlant. Moi-même, je naurais pas ‘ utilisé le terme » beaucoup » plus approprié, mais BJT Les ‘ sont souvent un peu moins chers que les MOSFET, et cela en soi les rend » plus adaptés « , toutes choses étant égales par ailleurs. De plus, dans certaines applications, il peut être plus facile de câbler des BJT ‘ pour un circuit à courant constant que des MOSFET.
Réponse
Les BJT gaspillent un peu de courant chaque fois quils « sont allumés, indépendamment du fait que la charge tire quelque chose. Dans un appareil alimenté par batterie, lutilisation dun BJT pour alimenter quelque chose dont la charge est très variable mais souvent faible finira par gaspiller beaucoup dénergie. Si un BJT est utilisé pour alimenter quelque chose avec une consommation de courant prévisible (comme une LED), ce problème nest pas aussi grave; on peut simplement définir le courant base-émetteur pour être une petite fraction du courant de la LED.
Réponse
Un bon MOSFET à canal N aura un très faible \ $ R_ {ds (on)} \ $ (drain- résistance équivalente à la source) lorsquil est correctement polarisé, ce qui signifie quil se comporte comme un interrupteur réel lorsquil est allumé. Vous constaterez que la tension aux bornes du MOSFET lorsquil est allumé sera inférieure à \ $ V_ {ce (sat)} \ $ (tension de saturation collecteur-émetteur) dun BJT.
Un 2N2222 a \ $ V_ {ce (sat)} \ $ de \ $ 0.4V – 1V \ $ en fonction du courant de polarisation.
Un MOSFET VN2222 a un maximum de \ $ R_ {ds (on)} \ $ of \ $ 1.25 \ Omega \ $.
Vous pouvez voir que le VN2222 se dissipera beaucoup moins à travers le drain-source.
Aussi, comme expliqué précédemment, le MOSFET est un dispositif de transconductance – la tension sur la grille permet le courant à travers le dispositif. Étant donné que la porte est à haute impédance par rapport à la source, vous navez pas besoin de courant de porte constant pour polariser lappareil – il vous suffit de surmonter la capacité inhérente pour charger la porte, puis la consommation de la porte devient minuscule.
Commentaires
- Difficile de piloter un VN2222 à partir dun MCU 3.3v, et ils ‘ ne sont pas exactement disponibles.
- \ $ R_ {DS (ON)} \ $ pour le VN2222 est \ $ 7,5 \ Omega \ $, et non 1,25. Même \ $ 1.25 \ Omega \ $ ne ‘ t être spectaculaire, vous pouvez trouver des dizaines de FET logiques avec \ $ R_ {DS (ON)} \ $ moins de \ $ 100 m \ Omega \ $
- @Mark – Supertex nest peut-être pas un Fairchild ou NXP, mais le VN2222 est facilement disponible auprès de DigiKey et Mouser.
Réponse
Les BJT sont plus appropriés dans certaines situations car ils sont souvent moins chers. Je peux acheter des TO92 BJT pour 0,8 p chacun mais les MOSFET ne démarrent pas avant 2 p chacun – cela peut ne pas sembler grand-chose, mais cela peut faire une grande différence si vous « traitez avec un produit sensible au coût avec beaucoup dentre eux.
Réponse
Quand un MOSFET est-il plus approprié comme commutateur quun BJT?
Réponse: 1) un MOSFET est meilleur que un BJT lorsque:
- Lorsque vous avez besoin dune très faible puissance.
- Les MOSFET sont contrôlés en tension. Vous pouvez donc simplement charger e leur porte une fois et maintenant vous navez plus de tirage au sort actuel, et ils restent allumés. Les transistors BJT, quant à eux, sont contrôlés en courant.Par conséquent, pour les maintenir allumés, vous devez continuer à fournir (pour NPN) ou à absorber (pour PNP) du courant via leur canal de base à émetteur. Cela rend les MOSFET parfaitement adaptés aux applications à faible consommation dénergie, car vous pouvez leur faire consommer beaucoup moins dénergie, en particulier dans les scénarios en régime permanent (ex: toujours allumé).
- Lorsque vos fréquences de commutation ne sont pas « t trop élevées.
- Les MOSFET commencent à perdre leurs gains defficacité plus vite vous les changez , car:
- Charger et décharger leurs capacités de Gate à plusieurs reprises est comme charger et décharger une toute petite batterie à plusieurs reprises, et cela prend de lénergie et du courant, dautant plus que vous déchargez probablement cette toute petite charge sur GND, qui ne fait que la vider et la convertir en chaleur au lieu de la récupérer.
- Les capacités de grille élevées peuvent impliquer des courants dentrée et de sortie momentanés assez importants (jusquà des centaines de mA, par exemple pour une pièce de taille TO-220), et les pertes de puissance sont proportionnelles au carré du courant (
- Les MOSFET commencent à perdre leurs gains defficacité plus vite vous les changez , car:
). Cela signifie que chaque fois que vous doublez le courant, vous quadruple les pertes de puissance et la production de chaleur dans une pièce. Les capacités de grille élevées sur les MOSFET avec commutation à grande vitesse signifient que vous devez avoir de gros pilotes de porte et des courants dentraînement très élevés vers un MOSFET (ex: +/- 500 mA), par opposition aux courants dentraînement faibles vers un BJT (ex: 50 mA). Ainsi, des fréquences de commutation plus rapides signifient plus de pertes lors de la conduite de la porte dun MOSFET, par opposition à la conduite de la base dun BJT.
R_DS (résistance du drain à la source) est élevée, et par conséquent, les pertes et la production de chaleur le sont aussi. - Pour toute taille de package de composants donnée, mon expérience personnelle dans la recherche de pièces indique que les meilleurs transistors BJT ne peuvent conduire quenviron 1/10 du courant que le meilleur Transistors MOSFET. Ainsi, les MOSFET excellent dans la conduite de courants élevés et de puissances élevées.
- Exemple: un transistor TIP120 NPN BJT Darlington ne peut conduire que sur 5A courant continu, alors que le IRLB8721 N-Channel Logic-Level MOSFET , dans le même boîtier TO-220 physique, peut conduire jusquà 62A .
- De plus , et cest vraiment important! : Les MOSFET peuvent être placés en parallèle pour augmenter la capacité de courant dun circuit . Ex: si un MOSFET donné peut piloter 10A, alors mettre 10 dentre eux en parallèle peut piloter 10A / MOSFET x 10 MOSFETs = 100A. Mettre des transistors BJT en parallèle, cependant, nest PAS recommandé sauf si vous avez actif ou passif (ex: utilisation de résistances de puissance) équilibrage de charge pour chaque transistor BJT en parallèle, car les transistors BJT sont de nature diodique , et poule ce agissent plus comme des diodes lorsquelles sont placées en parallèle: celle avec la plus petite chute de tension diodique, VCE, du collecteur à lémetteur, finira par faire passer le courant le plus important, le détruisant éventuellement. Vous devez donc ajouter un mécanisme d’équilibrage de charge: Ex: une résistance de puissance minuscule mais de puissance énorme en série avec chaque paire transistor / résistance BJT en parallèle. Encore une fois, les MOSFET n’ont PAS cette limitation , et sont donc idéales pour être placées en parallèle pour augmenter les limites de courant dune conception donnée.
- Apparemment, daprès la citation ci-dessous, ainsi que de nombreuses autres sources, les MOSFET sont plus faciles à miniaturiser et à graver CI (puces), donc la plupart des puces informatiques sont basées sur MOSFET.
- Si je me souviens bien , Les transistors BJT sont plus résistants au dépassement momentané de leur tension nominale que les MOSFET.
- Les MOSFET ont un in et diode de corps naturel, qui est parfois même spécifié et évalué dans la fiche technique dun MOSFET. Cette diode peut fréquemment gérer des courants très importants et peut être très utile. Pour un MOSFET à canal N (NMOS), par exemple, qui peut commuter le courant du drain vers la source, la diode du corps va dans la direction opposée, pointant de la source vers le drain. Alors, nhésitez pas à profiter de cette diode de corps si nécessaire, ou utilisez simplement le MOSFET comme diode directement.
- Voici « une recherche rapide sur Google pour » diode du corps mosfet » et » diode mosfet » , et un bref article: DigiKey: La signification du corps intrinsèque Diodes à lintérieur des MOSFET .
- Attention, cependant, en raison de cette diode de corps, les MOSFET ne peuvent pas naturellement bloquer, commuter ou contrôler les courants dans la direction opposée (de la source au drain pour un canal N , ou du drain à la source pour un canal P), donc pour commuter le courant alternatif avec un MOSFET, vous devez placer deux MOSFET dos à dos afin que leurs diodes fonctionnent ensemble pour bloquer ou autoriser le courant, le cas échéant, dans en conjonction avec toute commutation active que vous pourriez faire pour contrôler le MOSFET.
2) Donc, voici quelques cas où vous migrez ht toujours choisir un BJT sur un MOSFET:
(Des raisons plus pertinentes en gras – cest quelque peu subjectif).
- Vous avez besoin de fréquences de commutation plus élevées.
- Voir ci-dessus.
- (Bien que ce soit rarement un problème, je pense que les MOSFET peuvent être commutés si rapidement de toute façon). Quelquun avec une grande expérience de conception dans le monde réel et à haute fréquence, nhésitez pas à intervenir, mais daprès le manuel ci-dessous, les BJT sont plus rapides.
- Vous devez faire un ampli-op.
- Le manuel que je cite plus loin ci-dessous dit que les BJT sont bons pour cela (utilisés pour fabriquer des amplificateurs opérationnels) ici (italiques ajoutés):
On voit ainsi que chacun des deux types de transistors a ses propres avantages distincts et uniques: Technologie bipolaire a été extrêmement utile dans la conception de blocs de construction de circuits à usage général de très haute qualité, tels que les amplificateurs opérationnels .
- Le manuel que je cite plus loin ci-dessous dit que les BJT sont bons pour cela (utilisés pour fabriquer des amplificateurs opérationnels) ici (italiques ajoutés):
- [Les résultats peuvent varier] Vous vous souciez beaucoup du coût et de la disponibilité.
- Lors du choix des pièces, de nombreuses pièces fonctionnent parfois pour un objectif de conception donné, et les BJT peuvent parfois être moins chers. Si cest le cas, utilisez-les. Étant donné que les BJT existent depuis beaucoup plus longtemps que les MOSFET, mon expérience subjective quelque peu limitée dans lachat de pièces montre que les BJT sont vraiment bon marché et offrent plus doptions excédentaires et peu coûteuses , en particulier lors -hole (THT) pour un soudage manuel facile .
- Cependant, votre expérience peut varier, peut-être même en fonction de lendroit où vous vous trouvez dans le monde (je ne sais pas avec certitude) . Les recherches modernes effectuées par des fournisseurs réputés modernes, tels que DigiKey, montrent le contraire, et les MOSFET gagnent à nouveau. Une recherche sur DigiKey en octobre 2020 montre 37808 résultats pour les MOSFET , dont 11537 dentre eux étant THT , et seulement 18974 résultats pour les BJT , avec 8849 dentre eux étant THT .
- [Beaucoup plus- pertinent] les circuits intégrés et circuits de commande de porte fréquemment requis pour piloter les MOSFET (voir juste low) peut augmenter le coût de votre conception basée sur MOSFET.
- Vous voulez de la simplicité dans la conception.
- Tous les BJT sont effectivement » niveau logique » (ce nest pas vraiment un concept pour les BJT, mais soyez indulgents avec moi), car ils sont pilotés par le courant, PAS par la tension. Comparez cela aux MOSFET, où la plupart nécessitent un
V_GS, ou une tension de porte à source, de 10V ~ 12V pour être complètement allumé. Créer le circuit pour piloter une porte MOSFET avec ces tensions élevées lors de lutilisation dun microcontrôleur 3,3V ou 5V est une douleur dans le cul , en particulier pour les nouveaux arrivants. Vous aurez peut-être besoin de plus de transistors, de circuits push-pull / demi-ponts en H, de pompes de charge, de circuits intégrés de pilote de porte coûteux, etc. Comparez cela à un BJT où tout ce dont vous avez besoin est une résistance et votre microcontrôleur 3.3V peut lallumer très bien, surtout sil sagit dun transistor Darlington BJT donc il a un énormeHfegain (denviron 500 ~ 1000 ou plus) et peut être activé avec des courants très faibles (< 1 ~ 10 mA). - Ainsi, les conceptions peuvent devenir beaucoup plus compliquées pour piloter correctement un transistor MOSFET comme interrupteur au lieu dun simple transistor BJT comme interrupteur. La solution est alors dutiliser » niveau logique » MOSFET, ce qui signifie quils sont conçus pour avoir leurs portes contrôlées avec un microcontrôleur » niveaux logiques « , comme 3,3 V ou 5 V. Le problème, cependant, est: les MOSFET de niveau logique sont encore plus rares, et ont moins doptions à choisir, ils sont beaucoup plus chers, relativement parlant, et ils peuvent toujours avoir des capacités de porte élevées à surmonter en essayant de faire des s à grande vitesse sorcellerie. Cela signifie que même avec des MOSFET de niveau logique, vous devrez peut-être revenir à une conception plus compliquée pour obtenir un circuit de pilote de porte push-pull / demi-pont en H, ou un circuit intégré de pilote de porte à fort courant et coûteux afin dactiver la commutation à grande vitesse du MOSFET de niveau logique.
- Tous les BJT sont effectivement » niveau logique » (ce nest pas vraiment un concept pour les BJT, mais soyez indulgents avec moi), car ils sont pilotés par le courant, PAS par la tension. Comparez cela aux MOSFET, où la plupart nécessitent un
Ce livre (ISBN-13: 978-0199339136) Microelectronic Circuits (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) , 7e édition, par Adel S. Sedra et Kenneth C. Smith, en » Annexe G: COMPARAISON DU MOSFET ET DU BJT » ( voir en ligne ici ), fournit des informations supplémentaires (italiques ajoutés):
G.4 Combinaison de transistors MOS et bipolaires – Circuits BiCMOS
Daprès la discussion ci-dessus, il devrait être évident que le BJT a lavantage sur le MOSFET dune transconductance beaucoup plus élevée (gm) à la même valeur du courant de polarisation CC. Ainsi, en plus de réaliser des gains de tension plus élevés par étage damplification, les amplificateurs à transistors bipolaires présentent des performances haute fréquence supérieures à celles de leurs homologues MOS.
Dautre part, la résistance dentrée pratiquement infinie à la grille dun MOSFET permet de concevoir des amplificateurs avec des résistances dentrée extrêmement élevées et une courant de polarisation dentrée presque nul. De plus, comme mentionné précédemment, le MOSFET fournit une excellente implémentation dun commutateur, ce qui a rendu la technologie CMOS capable de réaliser une multitude de fonctions de circuits analogiques qui ne sont pas possibles avec les transistors bipolaires.
On peut ainsi voir que chacun des deux types de transistors a ses propres avantages distincts et uniques: la technologie bipolaire a été extrêmement utile dans la conception de blocs de construction de circuits de très haute comme amplis op. Dautre part, CMOS, avec sa densité de conditionnement très élevée et sa compatibilité avec les circuits numériques et analogiques, est devenue la technologie de choix pour la mise en œuvre de circuits intégrés à très grande échelle. Néanmoins, les performances des circuits CMOS peuvent être amélioré si le concepteur dispose (sur la même puce) de transistors bipolaires pouvant être utilisés dans des fonctions qui nécessitent leur gm élevé et une excellente capacité de commande de courant. A la technologie qui permet la fabrication de transistors bipolaires de haute qualité sur la même puce que les circuits CMOS est appelée à juste titre BiCMOS . Aux endroits appropriés tout au long de ce livre, nous présentons blocs de circuits BiCMOS intéressants et utiles.
Cette réponse répète ceci: Les BJT sont-ils utilisés dans les circuits intégrés modernes ts dans la même mesure que les MOSFET? .
Dans l » Annexe G » du manuel cité ci-dessus, vous pouvez également vous référer à » Exemple G.3 « . Dans cet exemple, ils montrent un transistor NPN BJT atteignant une fréquence de transition , f_T aussi élevée que 15,3 GHz avec un courant de collecteur, I_C, de 1 mA. Cela contraste avec le transistor NMOS (MOSFET à canal N) atteignant une fréquence de transition de seulement 9,7 GHz à un courant de drain, I_D, de 1 mA.
Commentaires
- Pourquoi ne pas simplement utiliser les MOSFET tout le temps et oublier à propos des BJT?
- Jai ‘ ajouté une nouvelle section à ma réponse. Surtout, je pense: 1) facilité dutilisation: les BJT sont beaucoup plus faciles à conduire en général et ne ‘ pas besoin de pilotes de porte spéciaux ou de circuits push-pull sophistiqués, 2) coût (pas totalement sûr sur celui-ci, mais cela peut être un facteur), 3) disponibilité (sur Digikey aujourdhui, plus de MOSFET sont disponibles que de BJT, mais dans certaines régions du monde, linverse peut encore être vrai puisque les BJT existent depuis plus longtemps? – pas tout à fait sûr). Donc, pour moi, la plupart du temps juste # 1: les BJT sont encore plus faciles à conduire pour la plupart.
- @ Quantum0xE7, au-delà de ce que jai ‘ publié ici, Je suppose que je ‘ ne suis pas vraiment sûr. Je ‘ aimerais en savoir plus moi-même.
- Je pensais que puisque les FET nécessitent moins de courant et que nous essayons simplement de créer un commutateur, les FET seraient plus facile et plus rapide à changer que les BJT. Nest-ce pas vrai?
- @ Quantum0xE7, Pour létat stationnaire, cest certainement est vrai. Chargez simplement la porte MOSFET une fois et maintenez-la là, et vous avez ‘ terminé (et les résistances de pull-up / pull-down lentes sont OK)! Pour la commutation à grande vitesse, certainement PAS vrai. Reportez-vous à ces deux sections ci-dessus: 1) dans la section MOSFET: » Les MOSFET commencent à perdre leurs gains defficacité plus vous les changez rapidement » , et 2) dans la section BJT: » Vous voulez la simplicité dans la conception » . Remarque: je ‘ m interpréter » switch » dans ce cas pour autoriser également le haut – commutation PWM de vitesse, qui est utilisée pour piloter les moteurs, les LED, les convertisseurs de tension et les alimentations à découpage.
Answer
Les dispositifs FET nayant presque pas de courant dentrée (courant de grille) sont le meilleur choix pour les LED pilotées par le microcontrôleur car le microcontrôleur na pas besoin de fournir beaucoup de courant à travers sa puce, se gardant au dissipation thermique sur la puce) alors que le courant de la LED est presque entièrement conduit via le canal FET externe. / p>
Cependant, il y a un certain inconvénient en ce qui concerne limmunité au bruit à la porte du MOSFET, ce qui peut ne pas être le cas pour les BJT. Tout potentiel (bruit) appliqué à la porte du MOSFET fera que Le canal conduit jusquà un certain point. Il nest pas très (mais toujours adéquat) dutiliser le Mosfet pour piloter les bobines de relais avec un Vt bas (seuil). Dans ce cas, si votre microcontrôleur pilote le FET, vous voudrez peut-être obtenir un FET avec un Vt (seuil) plus élevé.
Réponse
Les MOSFET sont plus robustes pour les exigences de courant élevées. Par exemple, un Mosfet évalué à 15A peut transmettre 60A (par exemple IRL530) de courant pendant une courte période. Un BJT de 15 A ne peut transmettre que des impulsions de 20 A. Les Mosfets ont également une meilleure résistance de jonction thermique à cas, même si leur matrice est plus petite.
Commentaires
- Pouvez-vous fournir une source pour laquelle cela devrait être un général règle?