FET gegen Bipolartransistor

Wenn Sie heilige Kriege vermeiden wollen, müssen Sie vereinfachende und unvollständige Aussagen vermeiden :-).

Bipolartransistoren sind stromgetrieben.

MOSFETs sind spannungsgesteuert.

In beiden Fällen ist die Streuung der Parameter während der Herstellung so, dass eine Schaltung fast immer auf Rückkopplung angewiesen ist, um eine bestimmte Spannungs- oder Stromverstärkung zu erzeugen.

MOSFETs sind am unteren Ende für "Jelly Bean" -Anwendungen tendenziell etwas teurer. Aber zum Schalten von mehr als ein paar ~100 mA sind MOSFETs normalerweise genauso billig oder billiger als funktional äquivalente Transistoren, lassen sich leichter von einem uC (Mikrocontroller) als digitaler Schalter ansteuern als Bipolartransistoren und haben tendenziell sehr deutlich überlegene Eigenschaften.

Ein "Ein"-Bipolartransistor weist eine Sättigungsspannung auf. Dies kann mehrere Zehntel Volt betragen, und um es deutlich unter 0,1 V zu bringen, ist normalerweise ein hohes Basis-zu-Kollektor-Stromverhältnis erforderlich, das unerwünscht hoch ist. Bei 1 A ein 0,1$V_{sat}$(Sättigungsspannung) verbraucht 0,1 W und entspricht a R = V/I = 0,1/1 = 100$m\Omega$Transistor. Aber bei 10 A sind die Zahlen 1 Watt Verlustleistung und 10$m\Omega$. Die 0,1 V sind bei höheren Stromstärken sehr schwer zu erreichen.

Die$R_{DSon}$(Drain-Source-On-Widerstand) von MOSFETs liegt typischerweise unter 0,1$\Omega$und Sie können Geräte mit 10 erhalten$m\Omega$oder sogar Sub 1$m\Omega$.

Mit steigenden Schaltgeschwindigkeiten benötigen MOSFETs einen Gate-Treiber zum Laden und Entladen der Gate-Kapazität. Diese können relativ günstig sein.

Mehr in Kürze ....

Die naheliegendste Antwort, die einem in den Sinn kommt, ist der Versuch, eine mittlere Last zu schalten. Ein BJT-Kollektor-Emitter wird möglicherweise bei nur 200 mV gesättigt, während (sagen wir) 10 Ampere geschaltet werden - die Verlustleistung beträgt 2 Watt.

Ein anständiger MOSFET hat möglicherweise einen Einschaltwiderstand von 5 Milliohm und der Spannungsabfall beträgt 50 mV bei 10 Ampere - die Verlustleistung beträgt 0,5 Watt. Ich würde den MOSFET wählen!

Wenn Sie zu einer viel "leistungsstärkeren" Anwendung wechseln, gewinnt der IGBT, da MOSFETs bei (sagen wir) 500 Ampere nicht ohne weiteres einen ausreichend niedrigen Einschaltwiderstand erreichen können, aber MOSFETs schleichen sich Jahr für Jahr in diesen Bereich ein.

Eine großartige Sache an MOSFETs, die mir aufgefallen ist, ist, dass sie viel besser zum Schalten von Dingen geeignet sind. Ich kann eine Spannung an das Gate anlegen, ohne mir Gedanken über die Strombegrenzung machen zu müssen. Wenn ich jedoch einen BJT verwende, muss ich einen Strombegrenzungswiderstand in Reihe mit der Basis schalten. Andernfalls kann das Schaltsignal Strom durch den BJT auf Masse leiten.

Wenn ich beispielsweise eine Last schalten muss, die mehr Strom benötigt, als mein Mikrocontroller liefern kann, greife ich zu meinen Kleinsignal-N-Kanal-MOSFETs. Ich verwende sie, weil ich weiß, dass der Lastschaltkreis, den ich mache, keinen Widerstand in Reihe mit dem Gate benötigt.

Beantwortet das deine Frage?

MOSFETs sind Mehrheitsträgergeräte und können viel schneller schalten (insbesondere ausschalten) als BJTs.

Außerdem sind MOSFETs spannungsgesteuert und benötigen daher keinen stationären Steuerstrom, um sie eingeschaltet zu halten. Sie erfordern große Spitzenströme, um die Gate-Kapazität zu laden und zu entladen. (Und die Miller-Kapazität, wenn der FET durch den linearen Bereich übergeht.

Im eingeschalteten Zustand ist ein FET resistiv. Ein Bipolartransistor hat eine flachere Sättigungsspannung. Bei Geräten ähnlicher Größe hat der FET einen geringeren Leitungsverlust bei niedrigen Strömen, und der Bipolar hat geringere Leitungsverluste, wenn seine Sättigungsspannung kleiner ist als der Strom * RDSon des FET.

Bipolare sind im Allgemeinen billiger. (Allerdings nicht immer.)

IGBTs haben einige der Eigenschaften beider Geräte und können ebenfalls eine gute Wahl sein.

Welches Gerät Sie verwenden sollten, hängt von den Anwendungsanforderungen ab.