În experimentarea mea, am folosit doar BJT-uri ca comutatoare (pentru pornirea și oprirea lucrurilor precum LED-uri și altele) pentru ieșirile MCU. Totuși, ni s-a spus în mod repetat că MOSFET-urile în modul de îmbunătățire ale canalelor N sunt o alegere mai bună pentru comutatoare (vezi aici și aici , pentru exemple), dar nu sunt sigur că înțeleg de ce. Știu că un MOSFET nu pierde curent pe poartă, acolo unde o face baza unui BJT, dar aceasta nu este o problemă pentru eu, deoarece nu funcționez pe baterii. Un MOSFET nu necesită niciun rezistor în serie cu poarta, dar, în general, nu necesită un rezistor de tragere, astfel încât poarta nu plutește atunci când MCU este repornit (nu?). Nici o reducere a numărului de piese, atunci.
Nu pare să existe un mare surplus de MOSFET-uri la nivel logic care pot schimba curentul pe care îl pot folosi BJT-urile ieftine (~ 600-800mA pentru un 2N2222, de exemplu ), iar cele care există (TN0702, de exemplu) sunt greu de găsit și semnificativ mai scumpe.
Când este un MOSFET mai potrivit decât un BJT? De ce mi se spune continuu că ar trebui să fiu folosiți MOSFET-uri?
Comentarii
- Limitările bateriei nu sunt ‘ singurul motiv pentru conservarea energiei. Ce despre disiparea căldurii? Cum rămâne cu costul de funcționare? Cum rămâne cu durata de viață a produsului (care poate fi limitată de căldură)?
- Întorcându-ne cu zeci de ani în urmă, când MOSFET-urile erau încă dispozitive noi, îmi amintesc că am văzut un articol în care un producător MOSFET a subliniat că ‘ au făcut o reală realizare, pentru a arăta că piesele au venit cu adevărat: au ‘ d construite și au livrat VN10KM, care a fost în mod specific des aliniat și destinat să se încadreze în nișa ecologică obișnuită ocupată în prezent de venerabilul 2N2222.
Răspuns
BJT-urile sunt mult mai potrivit decât MOSFET-urile pentru conducerea LED-urilor de mică putere și a dispozitivelor similare de la MCU-uri. MOSFET-urile sunt mai bune pentru aplicațiile de mare putere, deoarece pot comuta mai repede decât BJT-urile, permițându-le să folosească inductoare mai mici în consumabilele în modul comutator, ceea ce crește eficiența.
Comentarii
- ce face mai exact un BJT ‘ mult mai potrivit ‘ pentru conducerea cu LED? Există o mulțime de drivere cu LED-uri care utilizează comutatoare MOSFET.
- Comutarea mai rapidă nu are neapărat nicio legătură cu aplicațiile de mare putere. ‘ Perechile Darlington (BJT) etc. pot fi utilizate pentru a comuta puterea mare. ‘ răspunsul dvs. nu ‘ nu ajungeți la miezul problemei.
- @Mark: Unul dintre limitările majore ale BJT ‘ s sunt că necesită curent de bază proporțional cu curentul maxim posibil al colectorului. Când controlați ceva al cărui curent maxim este mult mai mare decât curentul așteptat (de exemplu, un motor), acest lucru poate fi foarte risipitor. Cu toate acestea, când conduceți un LED, curentul poate fi destul de bine prezis; irosirea a 2,5% din puterea ‘ în bază nu este ‘ o mare problemă.
- @supercat acest lucru le face ” mult mai potrivite ” 2,5% este o ofertă UMILĂ în multe aplicații.
- @Mark: În unele aplicații, 2,5% poate fi o afacere mare, dar în multe aplicații, unul va fi mult mai îngrijorat de 10mA consumat de un LED decât 250uA consumat în baza tranzistorului care îl controlează. Eu însumi nu aș fi ‘ folosit termenul ” mult ” mult mai potrivit, dar BJT ‘ sunt adesea puțin mai ieftine decât MOSFET-urile și acest lucru le face în sine ” mai potrivite „, toate celelalte fiind egale. De asemenea, în unele aplicații, poate fi mai ușor să conectați BJT ‘ s pentru un circuit de curent constant decât MOSFET-urile.
Răspuns
BJT „pierde ceva curent ori de câte ori este pornit, indiferent dacă încărcarea atrage ceva. Într-un dispozitiv alimentat cu baterii, utilizarea unui BJT pentru a alimenta ceva a cărui sarcină este foarte variabilă, dar este adesea redusă, va ajunge să irosească multă energie. Dacă un BJT este folosit pentru a alimenta ceva cu un curent previzibil, totuși (cum ar fi un LED), această problemă nu este atât de rea; se poate seta pur și simplu curentul de bază al emițătorului să fie o mică parte din curentul LED.
Răspuns
Un MOSFET bun pe canal N va avea un \ $ R_ {ds (on)} \ $ foarte scăzut (drain- rezistență echivalentă sursă) atunci când este corect polarizată, ceea ce înseamnă că se comportă foarte mult ca un comutator real atunci când este pornit. Veți descoperi că tensiunea de pe MOSFET atunci când este pornită va fi mai mică decât \ $ V_ {ce (sat)} \ $ (tensiunea de saturație colector-emițător) a unui BJT.
Un 2N2222 are \ $ V_ {ce (sat)} \ $ de la $ 0.4V – 1V \ $ în funcție de curentul de polarizare.
Un MOSFET VN2222 are un maxim de $ R_ {ds (on)} \ $ din \ $ 1,25 \ Omega \ $.
Puteți vedea că VN2222 se va disipa mult mai puțin pe sursa de scurgere.
De asemenea, după cum sa explicat anterior, MOSFET este un dispozitiv de transconductanță – tensiunea de pe poartă permite curentul prin dispozitiv. Deoarece poarta are o impedanță ridicată a sursei, nu aveți nevoie de curent constant de poartă pentru a influența dispozitivul – trebuie doar să depășiți capacitatea inerentă pentru a încărca poarta, atunci consumul porții devine minuscul.
Comentarii
- Totuși, este dificil să conduci un VN2222 de la un MCU de 3,3v și ‘ nu sunt exact disponibile.
- \ $ R_ {DS (ON)} \ $ pentru VN2222 este \ $ 7,5 \ Omega \ $, nu 1,25. Chiar și $ 1,25 \ Omega \ $ nu ar fi ‘ ar fi spectaculos, puteți găsi zeci de FET logice cu \ $ R_ {DS (ON)} \ $ mai puțin de \ $ 100 m \ Omega \ $
- @Mark – este posibil ca Supertex să nu fie un Fairchild sau un NXP, dar VN2222 este ușor disponibil de la DigiKey și Mouser.
Răspuns
BJT „sunt mai potrivite în unele situații, deoarece sunt adesea mai ieftine. Pot cumpăra TO92 BJT” pentru 0.8p fiecare, dar MOSFET-ul nu începe până la 2p fiecare – s-ar putea să nu sune prea mult, dar poate face o mare diferență dacă aveți de-a face cu un produs sensibil la costuri cu multe dintre acestea.
Răspundeți
Când este un MOSFET mai potrivit ca switch decât un BJT?
Răspuns: 1) un MOSFET este mai bun decât un BJT când:
- Când aveți nevoie de o putere foarte mică.
- MOSFET-urile sunt controlate de tensiune. Deci, puteți încărca doar Poarta lor o dată și acum nu mai aveți nici o atragere actuală și ei rămân în continuare. Tranzistoarele BJT, pe de altă parte, sunt controlate de curent, deci pentru a le menține trebuie să continuați să obțineți curent (pentru NPN) sau scufundat (pentru PNP) prin canalul lor de bază la emițător. Acest lucru face ca MOSFET-urile să fie potrivite în mod ideal aplicațiilor cu consum redus de energie, deoarece le puteți face să atragă o putere mult mai mică, în special în scenarii cu starea de echilibru (ex: întotdeauna ON).
- Când frecvențele de comutare nu sunt prea mari.
- MOSFET-urile încep să-și piardă câștigurile de eficiență cu cât le schimbați mai repede , deoarece:
- Încărcarea și descărcarea capacităților Gate este în mod repetat cum ar fi încărcarea și descărcarea unei baterii mici în mod repetat, iar aceasta necesită curent și energie, mai ales că probabil descărcați acea mică încărcare la GND, care doar o descarcă și o transformă în căldură în loc să o recupereze.
- Capacitățile mari ale porții pot implica curenți momentan de intrare și ieșire destul de mari (până la sute de mA, de exemplu, pentru o parte de dimensiunea TO-220), iar pierderile de putere sunt proporționale cu pătratul a curentului (
- MOSFET-urile încep să-și piardă câștigurile de eficiență cu cât le schimbați mai repede , deoarece:
). Aceasta înseamnă de fiecare dată când dublați curentul, cvadruplați pierderile de energie și generarea de căldură dintr-o parte. Capacitățile de poartă ridicate pe MOSFET-uri cu comutare de mare viteză înseamnă că trebuie să aveți drivere de poartă mari și curenți de acționare foarte mari la un MOSFET (ex: +/- 500mA), spre deosebire de curenții de acționare scăzuti la un BJT (ex: 50mA). Deci, frecvențele de comutare mai rapide înseamnă mai multe pierderi în conducerea porții unui MOSFET, spre deosebire de conducerea bazei unui BJT.
R_DS (rezistența de la scurgere la sursă) este ridicată și, prin urmare, la fel și pierderile și producția de căldură. - Pentru orice dimensiune dată a pachetului de componente, experiența mea personală în căutarea pieselor indică cele mai bune tranzistoare BJT care pot conduce doar aproximativ 1/10 la fel de mult curent ca cel mai bun Tranzistori MOSFET. Deci, MOSFET-urile excelează la conducerea curenților mari și a puterilor mari.
- Exemplu: un TIP120 NPN BJT Darlington tranzistor poate conduce doar aproximativ 5A curent continuu, în timp ce IRLB8721 MOSFET la nivel logic N-Channel , în același pachet fizic TO-220, poate conduce la fel de mult ca 62A .
- În plus , iar acest lucru este cu adevărat important! : MOSFET-urile pot fi plasate în paralel pentru a crește capacitatea curentului unui circuit . Ex: dacă un anumit MOSFET poate conduce 10A, atunci punerea a 10 dintre ele în paralel poate conduce 10A / MOSFET x 10 MOSFET = 100A. Cu toate acestea, nu este recomandat să puneți tranzistoare BJT în afară de cazul în care aveți activ sau pasiv (ex: folosirea rezistențelor de putere) echilibrarea sarcinii pentru fiecare tranzistor BJT în paralel, deoarece tranzistoarele BJT au o natură diodică și găină Acționează mai mult ca diode atunci când sunt plasate în paralel: cea cu cea mai mică cădere de tensiune diodică, VCE, de la colector la emițător, va sfârși prin a trece cel mai mare curent, eventual distrugându-l. Deci, ar trebui să adăugați un mecanism de echilibrare a încărcăturii: Ex: o rezistență mică, dar o putere mare, rezistență de putere în serie cu fiecare pereche de tranzistoare / rezistențe BJT în paralel. Din nou, MOSFET-urile NU au această limitare și, prin urmare, sunt ideale pentru plasarea în paralel pentru a crește limitele curente ale oricărui proiect dat.
- Aparent, pe baza citatului de mai jos, precum și pe numeroase alte surse, MOSFET-urile sunt mai ușor de miniaturizat și gravat în IC-uri (cipuri), deci majoritatea cipurilor de computer sunt bazate pe MOSFET.
- Dacă îmi amintesc corect , Tranzistoarele BJT sunt mai rezistente la depășirea momentană a tensiunii nominale decât sunt MOSFET-urile.
- MOSFET-urile au un în diodă corporală naturală, care este uneori chiar specificată și evaluată într-o fișă tehnică a unui MOSFET. Această diodă poate gestiona frecvent curenți foarte mari și poate fi foarte utilă. Pentru un MOSFET cu canal N (NMOS), de exemplu, care poate comuta curentul de la Drain la Source, dioda corpului merge în direcția opusă, indicând de la Source la Drain. Așadar, nu ezitați să profitați de această diodă corporală atunci când este necesar, sau pur și simplu folosiți MOSFET drept diodă direct.
- Aici „o căutare rapidă pe Google pentru ” dioda corp mosfet ” și ” dioda mosfet ” și un articol scurt: DigiKey: Semnificația corpului intrinsec Diodele din interiorul MOSFET-urilor .
- Aveți grijă, totuși, datorită acestei diode corporale, MOSFET-urile NU pot bloca, comuta sau controla în mod natural curenții în direcția opusă (de la sursă la golire pentru un canal N) , sau de la Scurgere la Sursă pentru un canal P), deci pentru a comuta curentul alternativ cu un MOSFET ar trebui să plasați două MOSFET-uri înapoi-în-spate, astfel încât diodele lor să funcționeze împreună pentru a bloca sau permite curentul, în mod corespunzător, în împreună cu orice comutare activă pe care o puteți face pentru a controla MOSFET-ul.
2) Deci, aici sunt câteva cazuri Încă alegeți un BJT în locul unui MOSFET:
(motive mai pertinente cu caractere aldine – acest lucru este oarecum subiectiv).
- Aveți nevoie de frecvențe de comutare mai mari.
- A se vedea mai sus.
- (Deși rareori acest lucru este o problemă, cred că oricum MOSFET-urile pot fi schimbate atât de repede). Cineva cu o mulțime de experiență în design real, cu frecvență înaltă, se simte liber să audă, dar pe baza manualului de mai jos, BJT-urile sunt mai rapide.
- Trebuie să faceți un amplificator op.
- Manualul pe care îl citez mai jos spune că BJT-urile sunt bune pentru acest lucru (fiind utilizate pentru a face amplificatoare de operare) aici (subliniere adăugată):
Se poate vedea astfel că fiecare dintre cele două tipuri de tranzistori are propriile sale avantaje distincte și unice: Tehnologie bipolară a fost extrem de util în proiectarea blocurilor de construcție pentru circuite de uz general de foarte bună calitate, cum ar fi op amps .
- Manualul pe care îl citez mai jos spune că BJT-urile sunt bune pentru acest lucru (fiind utilizate pentru a face amplificatoare de operare) aici (subliniere adăugată):
- [Rezultatele pot varia] Îți pasă foarte mult de cost și disponibilitate.
- Atunci când alegeți piese, uneori multe piese funcționează pentru un anumit obiectiv de proiectare, iar BJT-urile pot fi uneori mai ieftine. Dacă sunt, folosiți-le. Având în vedere că BJT-urile au fost mult mai lungi decât MOSFET-urile, experiența mea oarecum limitată, subiectivă, cumpărând piese arată că BJT-urile sunt într-adevăr ieftine și au mai multe opțiuni excedentare și ieftine dintre care să alegeți, mai ales atunci când căutați prin – piese cu găuri (THT) pentru lipire manuală ușoară .
- Cu toate acestea, experiența dvs. poate varia, poate chiar și în funcție de locul în care vă aflați (nu știu sigur) Căutările moderne de la furnizori de renume moderni, cum ar fi DigiKey, arată că opusul este adevărat, iar MOSFET-urile câștigă din nou. O căutare pe DigiKey în octombrie 2020 arată 37808 rezultate pentru MOSFET , cu 11537 dintre acestea fiind THT și numai 18974 rezultate pentru BJT , cu 8849 dintre acestea fiind THT .
- [Mult mai mult- relevant] IC-urile și circuitele driverului Gate necesară frecvent pentru a conduce MOSFET-uri (vezi doar să fie low) poate adăuga costuri designului dvs. bazat pe MOSFET.
- Doriți simplitate în design.
- Toate BJT-urile sunt efectiv ” nivel logic ” (nu este într-adevăr un concept pentru BJT-uri, dar țineți cont de mine), deoarece acestea sunt acționate de curent, NU de tensiune. Contrastați acest lucru cu MOSFET-urile, unde majoritatea necesită un
V_GSsau o tensiune Poartă la sursă, de 10V ~ 12V pentru a porni complet. Crearea circuitelor pentru a conduce o poartă MOSFET cu aceste tensiuni ridicate atunci când utilizați un microcontroler de 3,3V sau 5V este o durere în fund , în special pentru noii veniți. S-ar putea să aveți nevoie de mai mulți tranzistori, circuite push-pull / jumătate-H-punți, pompe de încărcare, IC-uri scumpe ale driverului Gate etc., doar pentru a porni chestia puturoasă. Contrastați acest lucru cu un BJT în care tot ce aveți nevoie este un rezistor și microcontrolerul dvs. de 3,3 V îl poate porni foarte bine, mai ales dacă este un tranzistor BJT Darlington, deci are un imensHfegain (de aproximativ 500 ~ 1000 sau mai mult) și poate fi activat cu curenți foarte mici (< 1 ~ 10 mA). - Deci, proiectele pot deveni mult mai complicate pentru a conduce corect un tranzistor MOSFET ca un comutator în loc de un tranzistor BJT simplu ca un comutator. Soluția este apoi utilizarea ” la nivel logic ” MOSFET-uri, ceea ce înseamnă că sunt proiectate pentru a avea porțile controlate cu microcontroler ” niveluri logice „, cum ar fi 3,3 V sau 5 V. Totuși, problema este: MOSFET-urile la nivel logic sunt încă mai rare și au mai puține opțiuni din care să aleagă, sunt mult mai scumpe, relativ vorbind, și totuși pot avea capacități Gate ridicate. de depășit atunci când încerci să faci viteză mare s vrăjitoare. Aceasta înseamnă, chiar și cu MOSFET-uri la nivel logic, este posibil să fie nevoie să reveniți imediat la un design mai complicat pentru a obține un circuit de conducere push-pull Gate / jumătate de H-pod sau un IC de driver de curent ridicat, scump pentru a permite comutarea de mare viteză a MOSFET-ului la nivel logic.
- Toate BJT-urile sunt efectiv ” nivel logic ” (nu este într-adevăr un concept pentru BJT-uri, dar țineți cont de mine), deoarece acestea sunt acționate de curent, NU de tensiune. Contrastați acest lucru cu MOSFET-urile, unde majoritatea necesită un
carte (ISBN-13: 978-0199339136) Circuite microelectronice (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) , Ediția a VII-a, de Adel S. Sedra și Kenneth C. Smith, în ” Anexa G: COMPARAREA MOSFETULUI ȘI BJT ” ( vizualizare online aici ), oferă câteva informații suplimentare (subliniere adăugată):
G.4 Combinarea tranzistoarelor MOS și bipolare – Circuite BiCMOS
Din discuția de mai sus ar trebui să fie evident că BJT are avantajul față de MOSFET de o transconductanță mult mai mare (gm) la aceeași valoare a curentului de polarizare dc. Astfel, pe lângă realizarea unor câștiguri de tensiune mai mari pe fiecare amplificator, amplificatoarele cu tranzistor bipolar au performanțe superioare de înaltă frecvență în comparație cu omologii lor MOS.
Pe de altă parte, rezistența de intrare practic infinită la poarta unui MOSFET face posibilă proiectarea amplificatoarelor cu rezistențe de intrare extrem de ridicate și o curent de polarizare de intrare aproape zero. De asemenea, așa cum am menționat anterior, MOSFET oferă o implementare excelentă a unui comutator, fapt care a făcut ca tehnologia CMOS să poată realiza o serie de funcții ale circuitului analogic care nu sunt posibile cu tranzistoarele bipolare.
Se poate vedea astfel că fiecare dintre cele două tipuri de tranzistori are propriile sale avantaje distincte și unice: tehnologia bipolară a fost extrem de utilă în proiectarea blocurilor de construcție pentru circuite de uz general de înaltă calitate, precum ca amplificatori op. Pe de altă parte, CMOS, cu densitatea sa foarte mare de ambalare și adecvarea sa atât pentru circuite digitale, cât și pentru circuite analogice, a devenit tehnologia de alegere pentru implementarea circuitelor integrate la scară foarte mare. Cu toate acestea, performanța circuitelor CMOS poate să fie îmbunătățit dacă proiectantul are la dispoziție (pe același cip) tranzistoare bipolare care pot fi utilizate în funcții care necesită o capacitate mare de gm și o capacitate excelentă de conducere a curentului. A tehnologia care permite fabricarea tranzistoarelor bipolare de înaltă calitate pe același cip cu circuitele CMOS este numită în mod adecvat BiCMOS . În locațiile corespunzătoare din această carte vă prezentăm blocuri de circuite interesante și utile BiCMOS.
Acest răspuns repetă: Sunt BJT-urile utilizate în cercurile integrate moderne ts în aceeași măsură ca MOSFET-urile? .
În ” Anexa G ” din manualul citat mai sus, puteți consulta și ” Exemplu G.3 „. În acest exemplu, acestea arată un tranzistor NPN BJT care atinge o frecvență de tranziție , f_T la fel de mare ca 15.3 GHz cu un curent de colector, I_C, de 1 mA. Acest lucru este în contrast cu tranzistorul NMOS (MOSFET cu canal N) care atinge o frecvență de tranziție de numai 9.7 GHz la un curent de scurgere, I_D, de 1 mA.
Comentarii
- De ce să nu folosiți MOSFET-uri tot timpul și să uitați despre BJT-uri?
- Am ‘ am adăugat o nouă secțiune la răspunsul meu. În principal, cred că: 1) ușurință în utilizare: BJT-urile sunt mult mai ușor de condus în general și nu necesită niciun driver special de poartă sau circuite push-pull fanteziste, 2) cost (nu sunt absolut sigur în acest sens, dar poate fi un factor), 3) disponibilitate (pe Digikey astăzi, sunt disponibile mai multe MOSFET decât BJT-uri, dar în unele părți ale lumii se poate opune încă opusul, deoarece BJT-urile au existat pentru mai lung? – nu sunt total sigur). Deci, pentru mine, în principal, numărul 1: BJT-urile sunt încă mai ușor de condus în cea mai mare parte.
- @ Quantum0xE7, dincolo de ceea ce am ‘ afișat aici, Presupun că nu ‘ nu sunt sigur. ‘ aș dori să aflu mai multe eu însumi.
- M-am gândit că, din moment ce FET-urile necesită mai puțin curent și într-adevăr încercăm doar să creăm un switch, FET-urile ar fi mai ușor și mai rapid de comutat decât BJT-urile. Nu este adevărat?
- @ Quantum0xE7, pentru starea de echilibru, cu siguranță este adevărat. Încărcați poarta MOSFET o singură dată și țineți-o acolo și ‘ ați terminat (și rezistențele de tragere / tragere lentă sunt OK)! Pentru comutarea de mare viteză, cu siguranță NU este adevărat. Vedeți aceste două secțiuni de mai sus: 1) în secțiunea MOSFET: ” MOSFET-urile încep să-și piardă câștigurile de eficiență cu cât le schimbați mai repede ” și 2) în secțiunea BJT: ” Doriți simplitate în proiectare ” . Notă: ‘ interpretez ” comut ” în acest caz pentru a permite, de asemenea, -comutare PWM de viteză, care este utilizată pentru acționarea motoarelor, a LED-urilor, a convertoarelor de tensiune și a surselor de alimentare cu comutare.
Răspuns
Dispozitivele FET care nu au aproape niciun curent de intrare (curent de poartă) sunt cea mai bună alegere pentru LED-urile acționate de microcontroler deoarece microcontrolerul nu trebuie să furnizeze mult curent prin matrița sa, menținându-se rece (mai puțin disiparea căldurii pe cip) în timp ce curentul LED este condus aproape în totalitate prin canalul FET extern. Da, este de asemenea adevărat că Ron al dispozitivelor tipice FET sunt foarte scăzute, păstrând căderea de tensiune scăzută pe FET, ceea ce este avantajos pentru aplicații cu putere redusă.
Cu toate acestea, există un dezavantaj în ceea ce privește imunitatea la zgomot la poarta MOSFET, ceea ce poate să nu fie cazul BJT-urilor. Orice potențial (zgomot) aplicat la poarta MOSFET va face ca Conduita canalului într-o oarecare măsură. Nu este foarte (dar încă adecvat) să folosiți Mosfet pentru a conduce bobinele releului cu Vt (prag) scăzut. În acest caz, dacă microcontrolerul dvs. conduce FET, este posibil să doriți să obțineți un FET cu Vt (prag) mai mare.
Răspuns
MOSFET-urile sunt mai robuste pentru cerințe de curent ridicate. De exemplu, Mosfet evaluat la 15A poate trece 60A (adică IRL530) de curent pentru o perioadă scurtă. BJT nominal 15A poate trece numai impulsuri de 20A. De asemenea, Mosfets au o joncțiune termică mai bună cu rezistența la carcasă, chiar dacă are o matriță mai mică.
Comentarii
- Puteți furniza o sursă de ce ar trebui să fie un general regula?