När är en MOSFET mer lämplig som switch än en BJT?

Svar

Svar

Svar

Svar

Svar

). Detta betyder att varje gång du fördubblar strömmen fyrdubblas strömförlusterna och värmeproduktionen i en del. Höga portkapacitanser på MOSFETs med hög hastighetsomkoppling innebär att du måste ha stora portdrivrutiner och mycket höga drivströmmar till en MOSFET (ex: +/- 500mA), i motsats till de låga drivströmmarna till en BJT (ex: 50mA). Så snabbare omkopplingsfrekvenser innebär fler förluster vid körning av en MOSFETs port, i motsats till att köra basen för en BJT.

2) Så här är det bara några få fall han väljer fortfarande en BJT framför en MOSFET:

(Mer relevanta skäl i fetstil – det här är något subjektivt.).

1. Du behöver högre omkopplingsfrekvenser.
   1. Se ovan.
   2. (Även om detta sällan någonsin är ett problem tror jag, eftersom MOSFET kan ändras så snabbt i alla dagar). Någon med mycket verklig, högfrekvent designupplevelse är gratis att ringa in, men baserat på läroboken nedan är BJT: er snabbare.
2. Du måste göra en op-amp.
   1. Läroboken som jag citerar längre nedan säger att BJT är bra för detta (används för att göra op-förstärkare) här (betoning tillagd):
      

      Det kan således ses att var och en av de två transistortyperna har sina egna distinkta och unika fördelar: Bipolär teknik har varit extremt användbart vid utformningen av mycket högkvalitativa byggstenar för allmänna kretsar, såsom op ampere .

3. [Resultaten kan variera] Du bryr dig mycket om kostnad och tillgänglighet.
   1. När du väljer delar fungerar ibland många delar för ett visst designmål och BJT kan ibland vara billigare. Om de är det, använd dem. Eftersom BJT har funnits mycket längre än MOSFET, visar min något begränsade, subjektiva upplevelse att köpa delar att BJT är riktigt billiga och har mer överskott och billiga alternativ att välja mellan, speciellt när man söker igenom -hålsdelar (THT) för enkel handlödning .
   2. Din upplevelse kan dock variera, kanske till och med baserat på var i världen du befinner dig (jag vet inte säkert) . Moderna sökningar från moderna ansedda leverantörer, som DigiKey, visar att det är motsatt och MOSFETs vinner igen. En sökning på DigiKey i oktober 2020 visar 37808 resultat för MOSFET , med 11537 av dem är THT , och endast 18974 resultat för BJT , med 8849 av dem är THT .
   3. [Mycket mer- relevant] Gate-drivkretsar och kretsar som ofta krävs för att driva MOSFET (se bara vara låg) kan lägga till kostnad för din MOSFET-baserade design.
4. Du vill ha enkelhet i design.
   1. Alla BJT: er är ” logisk nivå ” (det här är verkligen inte en koncept för BJT, men ha med mig), eftersom de är strömdrivna, INTE spänningsdrivna. Kontrastera detta med MOSFET, där de flesta kräver en V_GS, eller Gate to Source Voltage, av 10V ~ 12V för att slå PÅ helt. Att skapa kretsar för att driva en MOSFET-grind med dessa höga spänningar när du använder en 3,3V eller 5V mikrokontroller är en smärta i rumpan , särskilt för nykomlingar. Du kan behöva fler transistorer, push-pull-kretsar / halv-H-broar, laddningspumpar, dyra IC-portar för Gate-drivrutiner etc., bara för att sätta på den stinkande saken. Kontrastera detta med en BJT där allt du behöver är ett motstånd och din 3,3 V mikrokontroller kan slå på den helt bra, speciellt om den är en Darlington BJT-transistor så att den har en enorm Hfe gain (på cirka 500 ~ 1000 eller mer) och kan aktiveras med superlåga (< 1 ~ 10 mA) strömmar.
   2. Så, design kan bli mycket mer komplicerat för att korrekt köra en MOSFET-transistor som en omkopplare istället för en enkel BJT-transistor som en omkopplare. Lösningen är då att använda ” logiknivå ” MOSFETs, vilket innebär att de är utformade för att ha sina grindar kontrollerade med mikrokontroller ” logiska nivåer ”, till exempel 3,3V eller 5V. Problemet är dock: MOSFET på logiknivå är fortfarande sällsynta och har färre alternativ att välja mellan, de är mycket dyrare, relativt sett, och de kan fortfarande ha höga gate-kapacitanser att övervinna när man försöker göra höghastighets s förhäxande. Det betyder att även med MOSFET-enheter på logisk nivå kan du fortfarande behöva gå tillbaka till en mer komplicerad design för att få en push-pull Gate-drivkrets / halv-H-brygga eller en hög ström, dyr, Gate-driv IC i för att möjliggöra snabb växling av MOSFET på logisk nivå.

Detta bok (ISBN-13: 978-0199339136) Microelectronic Circuits (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering) , 7: e upplagan, av Adel S. Sedra och Kenneth C. Smith, i ” Bilaga G: JÄMFÖRELSE AV MOSFETEN OCH BJT ” ( visa online här ), ger lite ytterligare insikt (betoning tillagd):

G.4 Kombinera MOS och bipolära transistorer — BiCMOS-kretsar

Av diskussionen ovan bör det vara uppenbart att BJT har fördelen framför MOSFET med en mycket högre transkonduktans (gm) till samma värde av likströmsförspänning. Förutom att realisera högre spänningsvinster per förstärkarsteg har bipolära transistorförstärkare överlägsen högfrekvensprestanda jämfört med deras MOS-motsvarigheter.

Å andra sidan gör det praktiskt taget oändliga ingångsmotståndet vid porten till en MOSFET det möjligt att utforma förstärkare med extremt höga ingångsmotstånd och en Noll ingångsförspänningsström. Som tidigare nämnts ger MOSFET en utmärkt implementering av en switch, ett faktum som har gjort CMOS-tekniken kapabel att förverkliga en mängd analoga kretsfunktioner som inte är möjliga med bipolära transistorer.

Det kan således ses att var och en av de två transistortyperna har sina egna distinkta och unika fördelar: Bipolär teknik har varit extremt användbar vid utformningen av mycket högkvalitativa allmänna kretsbyggstenar, t.ex. som op-förstärkare. Å andra sidan CMOS, med sin mycket höga packningstäthet och dess lämplighet för både digitala och analoga kretsar, har blivit den valda tekniken för implementering av mycket stora integrerade kretsar. Ändå kan prestanda för CMOS-kretsar förbättras om designern har tillgängliga (på samma chip) bipolära transistorer som kan användas i funktioner som kräver hög GM och utmärkt strömkörningsförmåga. A teknik som möjliggör tillverkning av högkvalitativa bipolära transistorer på samma chip som CMOS-kretsar kallas lämpligt BiCMOS . På lämpliga platser i hela denna bok presenterar vi intressanta och användbara BiCMOS-kretsblock.

Detta svar upprepar detta: Används BJT i modern integrerad kretslopp ts i samma utsträckning som MOSFET? .

I ” Bilaga G ” i den ovan nämnda läroboken kan du hänvisa till ” Exempel G.3 ”. I det här exemplet visar de en NPN BJT-transistor som når en övergångsfrekvens , f_T så hög som 15.3 GHz med en samlarström, I_C, på 1 mA. Detta står i kontrast till att NMOS-transistorn (N-kanal MOSFET) når en övergångsfrekvens på endast 9,7 GHz vid en dräneringsström, I_D, med 1 mA.

Kommentarer

• Varför inte bara använda MOSFETs hela tiden och glömma om BJT: erna?
• Jag ’ har lagt till ett nytt avsnitt i mitt svar. För det mesta tror jag: 1) användarvänlighet: BJT är mycket lättare att köra i allmänhet och behöver inte ’ inga speciella portdrivrutiner eller snygga push-pull-kretsar, 2) kostnad (inte helt säker på den här, men det kan vara en faktor), 3) tillgänglighet (på Digikey idag finns fler MOSFETs än BJT, men i vissa delar av världen kan det motsatta fortfarande vara sant eftersom BJT har funnits i längre? – inte helt säker). Så för mig, mestadels bara # 1: BJT är fortfarande lättare att köra för det mesta.
• @ Quantum0xE7, utöver vad jag ’ har lagt upp här, Jag antar att jag ’ inte är riktigt säker. Jag ’ vill veta mer själv.
• Jag trodde att eftersom FET: erna kräver mindre ström och vi verkligen bara försöker skapa en switch, skulle FETs vara lättare och snabbare att byta än BJT. Är detta inte sant?
• @ Quantum0xE7, För steady-state är det definitivt sant. Ladda bara MOSFET-porten en gång och håll den där, så är du ’ klar (och långsamma uppdragnings- / neddragningsresistorer är OK)! För snabb växling, definitivt INTE sant. Se dessa två avsnitt ovan: 1) i MOSFET-avsnittet: ” MOSFETs börjar förlora sin effektivitet desto snabbare du byter dem ” och 2) i BJT-avsnittet: ” Du vill ha enkelhet i design ” . Obs: Jag ’ tolkar ” växlar ” i detta fall för att också möjliggöra hög -hastighet PWM-omkoppling, som används för att driva motorer, lysdioder, spänningsomvandlare och strömbrytare för växlingsläge.

Svar

Svar