Kiedy tranzystor MOSFET jest bardziej odpowiedni jako przełącznik niż BJT?

Odpowiedź

Odpowiedź

Odpowiedź

Odpowiedź

Odpowiedź

). Oznacza to, że za każdym razem, gdy podwajasz prąd, czterokrotnie zwiększasz straty mocy i wytwarzanie ciepła w części. Wysokie pojemności bramki na tranzystorach MOSFET z szybkim przełączaniem oznaczają, że musisz mieć duże sterowniki bramek i bardzo wysokie prądy napędu do MOSFET (np .: +/- 500 mA), w przeciwieństwie do niskich prądów napędu do BJT (np .: 50 mA). Tak więc, szybsze częstotliwości przełączania oznaczają więcej strat w sterowaniu bramką MOSFET-u, w przeciwieństwie do napędzania podstawy BJT.

2) Oto kilka przypadków, w których ht nadal wybierz BJT zamiast MOSFET:

(Bardziej istotne powody zaznaczono pogrubioną czcionką – jest to nieco subiektywne).

1. Potrzebujesz wyższych częstotliwości przełączania.
   1. Patrz wyżej.
   2. (Chociaż wydaje mi się, że rzadko jest to problem, ponieważ MOSFETy i tak można przełączać tak szybko w dzisiejszych czasach). Ktoś, kto ma duże doświadczenie w projektowaniu w świecie rzeczywistym, może swobodnie dzwonić, ale zgodnie z poniższym podręcznikiem, BJT są szybsze.
2. Musisz wzmacniacz operacyjny.
   1. Podręcznik, który cytuję dalej poniżej mówi, że BJT są do tego dobre (używane do produkcji wzmacniaczy operacyjnych) tutaj (podkreślenie dodane):
      

      Można zatem zauważyć, że każdy z dwóch typów tranzystorów ma swoje odrębne i unikalne zalety: Technologia bipolarna był niezwykle przydatny w projektowaniu bardzo wysokiej jakości bloków konstrukcyjnych obwodów ogólnego przeznaczenia, takich jak wzmacniacze operacyjne .

3. [Wyniki mogą się różnić] Bardzo zależy Ci na kosztach i dostępności.
   1. Podczas wybierania części czasami wiele części działa zgodnie z określonym celem projektowym, a BJT mogą być czasami tańsze. Jeśli tak, użyj ich. Ponieważ BJT istnieją znacznie dłużej niż tranzystory MOSFET, moje nieco ograniczone, subiektywne doświadczenie z kupowaniem części pokazuje, że BJT są naprawdę tanie i mają więcej nadwyżek i niedrogich opcji do wyboru, zwłaszcza podczas wyszukiwania – części z otworami (THT) do łatwego lutowania ręcznego .
   2. Twoje doświadczenia mogą się jednak różnić, być może nawet w zależności od tego, gdzie na świecie się znajdujesz (nie wiem na pewno) . Współczesne wyszukiwania przeprowadzane przez współczesnych renomowanych dostawców, takich jak DigiKey, pokazują coś przeciwnego, a tranzystory MOSFET znów wygrywają. Wyszukiwanie w DigiKey w październiku 2020 r. Pokazuje 37808 wyniki dla tranzystorów MOSFET , przy czym 11537 z nich to THT , a tylko 18974 wyniki dla BJT , przy czym 8849 z nich to THT .
   3. [Wiele więcej- istotne] układy scalone sterownika bramki i obwody często wymagane do napędzania tranzystorów MOSFET (patrz tylko low) może podnieść koszty projektu opartego na MOSFET.
4. Chcesz prostoty w projektowaniu.
   1. Wszystkie BJT są efektywnie ” poziomem logicznym ” (to naprawdę nie jest koncepcja dla BJT, ale proszę o cierpliwość), ponieważ są one napędzane prądem, a NIE napięciem. Porównaj to z tranzystorami MOSFET, gdzie większość z nich wymaga V_GS lub napięcia bramki do źródła 10 V ~ 12 V, aby w pełni włączyć. Tworzenie układu do sterowania bramką MOSFET z tak wysokimi napięciami przy użyciu mikrokontrolera 3,3 V lub 5 V jest uciążliwe , szczególnie dla nowicjuszy. Możesz potrzebować więcej tranzystorów, obwodów przeciwsobnych / mostków pół-H, pomp ładujących, drogich układów scalonych sterownika bramki itp., Aby włączyć śmierdzącą rzecz. Porównaj to z BJT, w którym wszystko, czego potrzebujesz, to jeden rezystor, a mikrokontroler 3,3 V może go dobrze włączyć, zwłaszcza jeśli jest to tranzystor Darlington BJT, więc ma ogromny Hfe gain (około 500 ~ 1000 lub więcej) i może być włączane przy bardzo niskich (< 1 ~ 10 mA) prądach.
   2. Dlatego projekty mogą być znacznie bardziej skomplikowane, aby prawidłowo sterować tranzystorem MOSFET jako przełącznikiem zamiast prostego tranzystora BJT jako przełącznika. Rozwiązaniem jest więc użycie ” poziomu logicznego ” MOSFETy, co oznacza, że są zaprojektowane tak, aby ich bramy były kontrolowane przez mikrokontroler ” poziomy logiczne „, takie jak 3,3 V lub 5 V. Problem polega jednak na tym, że: tranzystory MOSFET na poziomie logicznym są jeszcze rzadsze i mają mniej opcji do wyboru, są znacznie droższe, względnie mówiąc, i nadal mogą mieć wysokie pojemności bramki do pokonania, gdy próbujesz robić szybkie s czarownica. Oznacza to, że nawet w przypadku tranzystorów MOSFET na poziomie logicznym nadal może być konieczne powrót do bardziej skomplikowanej konstrukcji, aby uzyskać obwód sterownika bramki / mostka pół-H lub wysokoprądowy, drogi układ scalony sterownika bramki w aby włączyć szybkie przełączanie tranzystora MOSFET na poziomie logicznym.

To book (ISBN-13: 978-0199339136) Obwody mikroelektroniczne (seria Oxford w inżynierii elektrycznej i komputerowej) , Wydanie 7, Adel S. Sedra i Kenneth C. Smith, w ” Dodatku G: PORÓWNANIE MOSFETU I BJT ” ( zobacz tutaj ), zawiera dodatkowe informacje (podkreślenie dodane):

G.4 Łączenie tranzystorów MOS i bipolarnych – obwody BiCMOS

Z powyższej dyskusji powinno być oczywiste, że BJT ma przewagę nad MOSFET w postaci znacznie wyższej transkonduktancji (gm) przy tej samej wartości prądu polaryzacji dc. Tak więc, oprócz osiągania wyższych przyrostów napięcia na stopień wzmacniacza, tranzystorowe wzmacniacze bipolarne mają lepszą wydajność w zakresie wysokich częstotliwości w porównaniu z ich odpowiednikami MOS.

Z drugiej strony, praktycznie nieskończona rezystancja wejściowa na bramce MOSFET-u umożliwia projektowanie wzmacniaczy o wyjątkowo wysokich oporach wejściowych i prawie zerowy prąd polaryzacji wejściowej. Ponadto, jak wspomniano wcześniej, MOSFET zapewnia doskonałą implementację przełącznika, co sprawiło, że technologia CMOS jest w stanie realizować wiele funkcji obwodu analogowego co nie jest możliwe w przypadku tranzystorów bipolarnych.

Można zatem zauważyć, że każdy z dwóch typów tranzystorów ma swoje własne wyraźne i unikalne zalety: Technologia bipolarna była niezwykle użyteczna w projektowaniu bardzo wysokiej jakości bloków konstrukcyjnych obwodów ogólnego przeznaczenia, jako wzmacniacze operacyjne. Z drugiej strony CMOS, z bardzo dużą gęstością upakowania i jego przydatnością zarówno do obwodów cyfrowych, jak i analogowych, stała się technologią wybieraną do realizacji układów scalonych na bardzo dużą skalę. Niemniej jednak wydajność obwodów CMOS może być ulepszone, jeśli projektant ma dostępne (na tym samym chipie) tranzystory bipolarne, które mogą być używane w funkcjach wymagających ich wysokiej gm i doskonałej zdolności do sterowania prądem. A technologia, która umożliwia wytwarzanie wysokiej jakości tranzystorów bipolarnych na tym samym chipie co obwody CMOS, jest trafnie nazywana BiCMOS . W odpowiednich miejscach w tej książce przedstawiamy ciekawe i przydatne bloki obwodów BiCMOS.

Ta odpowiedź powtarza to: Czy BJT są używane w nowoczesnych układach scalonych ts w takim samym stopniu jak tranzystory MOSFET? .

W ” Dodatku G ” z cytowanego powyżej podręcznika, możesz również odnieść się do ” Przykład G.3 „. W tym przykładzie pokazują one tranzystor NPN BJT osiągający częstotliwość przejścia , f_T aż do 15,3 GHz z prądem kolektora I_C 1 mA. Kontrastuje to z tranzystorem NMOS (N-kanałowy MOSFET) osiągającym częstotliwość przejścia tylko 9,7 GHz przy prądzie drenu, I_D, 1 mA.

Komentarze

• Dlaczego nie używać po prostu tranzystorów MOSFET przez cały czas i zapomnieć o BJT?
• ' dodałem nową sekcję do mojej odpowiedzi. Przede wszystkim myślę: 1) łatwość obsługi: ogólnie rzecz biorąc BJT są znacznie łatwiejsze w prowadzeniu i nie ' nie wymagają żadnych specjalnych sterowników bramek lub fantazyjnych obwodów przeciwsobnych, 2) kosztują (nie jestem do końca pewien, ale może to być czynnik), 3) dostępność (w Digikey obecnie dostępnych jest więcej tranzystorów MOSFET niż BJT, ale w niektórych częściach świata może być odwrotnie, ponieważ BJT są już dostępne dłużej? – nie do końca pewien). Tak więc, dla mnie, głównie numer 1: BJT są nadal łatwiejsze w prowadzeniu w większości.
• @ Quantum0xE7, poza tym, co ' opublikowałem tutaj, Przypuszczam, że ' nie mam pewności. ' sam chciałbym dowiedzieć się więcej.
• Pomyślałem, że skoro tranzystory FET wymagają mniej prądu, a my naprawdę próbujemy po prostu stworzyć przełącznik, tranzystory FET będą łatwiejsze i szybsze przełączanie niż BJT. Czy to nie jest prawda?
• @ Quantum0xE7, W przypadku stanu ustalonego zdecydowanie jest . Wystarczy raz naładować bramkę MOSFET i przytrzymać ją tam, a ' gotowe (i powolne rezystory pull-up / pull-down są w porządku)! W przypadku szybkiego przełączania zdecydowanie NIE jest prawdą. Zobacz te dwie sekcje powyżej: 1) w sekcji MOSFET: ” Tranzystory MOSFET zaczynają tracić wzrost wydajności, im szybciej je przełączasz ” i 2) w sekcji BJT: ” Chcesz prostoty w projektowaniu ” . Uwaga: w tym przypadku ' m interpretujemy ” przełączam „, aby również zezwolić na wysokie -speed PWM przełączanie, które jest używane do napędzania silników, diod LED, przetworników napięcia i zasilaczy impulsowych.

Odpowiedź

Odpowiedź