Warum werden Bipolartransistoren für Schaltanwendungen verwendet?

Mir ist aufgefallen, dass viele Websites, die sich an Bastler richten, Bipolartransistoren (meistens NPN) zum Ein- und Ausschalten empfehlen. Bipolartransistoren haben vor allem in analogen Schaltungen definitiv ihren Zweck, aber wenn Sie beispielsweise ein Relais schalten möchten, ist ein MOSFET viel einfacher zu handhaben und hat viel weniger Nachteile.

Sie können problemlos viele Ampere Strom schalten, ohne selbst Strom zu benötigen. Sie lassen (fast) keine Spannung über Source und Drain ab, was bedeutet, dass sie auch bei hohen Strömen nicht heiß werden und sie sind so billig wie Bipolartransistoren.

Gibt es Vorteile bei der Verwendung von Bipolartransistoren in Schaltanwendungen, die ich beaufsichtige?

AKTUALISIEREN:

  • Die Seiten, über die ich gesprochen habe, waren Adafruit und ähnliche Seiten.
  • Ich habe mich nie wirklich mit THT-Teilen befasst, da ich beruflich nur mit SMD-Teilen arbeite. Ich habe gerade Digi-Key überprüft, und obwohl sie sehr gute und billige SMD-FETs haben, ist ihre Auswahl an THT-FETs sehr begrenzt, viel teurer und mit höheren Ansteuerspannungen ... Ich nehme an, THT-FETs werden kommerziell nur verwendet, um wirklich hohe Ströme zu treiben.
  • Zusammenfassend könnte man sagen, da sich Bastler in der Regel auf THT beschränken, sind geeignete BJTs leichter zugänglich und beim Basteln etwas unempfindlicher gegenüber ESD.
  • Grundsätzlich wollte ich nur wissen, ob mir etwas fehlte und in einigen Fällen BJTs über FETs bei der Arbeit verwenden sollte.
Wie alt sind diese "vielen Seiten". Wenn sie alt genug sind, waren MOSFETs mit Logikpegel möglicherweise nicht üblich, und daher war die einzige Wahl, wenn Sie eine MCU zum Ansteuern eines Transistors verwenden wollten, ein BJT, der nur 0,7 V benötigt. BJTs sind auch (oder waren zumindest billiger), wie mir gesagt wurde. Vor meiner Zeit.
Bitte verlinken Sie auf eine dieser Seiten.
Laut diesem Artikel zum Vergleich von Transistortypen allaboutcircuits.com/technical-articles/… ist der BJT im Vergleich zum FET für Anwendungen mit höherer Spannung geeignet.
Wie viel Ampere willst du durch die Relaisspule leiten? Beim Ansteuern eines Relais ist die Gesamtverlustleistung (durch die Relaisspule und den Umschalter) nahezu gleich, unabhängig davon, ob ein Mosfet oder ein BJT verwendet wird. Bei 50 mA verbraucht ein bjt etwa 35 mW, was keine große Sache ist. Ein billiger BJT arbeitet problemlos von unter 3 V bis über 30 V. Dies ist oft auch beim Antrieb von Power-Mosfets von Vorteil.
Karsten, Es gibt einige Gründe, wie Verfügbarkeit und Kosten. Zum Beispiel bin ich nur ein Bastler, kein Profi, und ich kaufe PN2222A zu gelegentlichen Tiefstpreisen von 0,34 Cent pro Stück in 2000 Stück. (Ungefähr 7 $.) MOSFETs liegen nie in einer Größenordnung. Und BJTs sind bei bestimmten Strömen und bestimmten Spannungen geeignet.
Karsten, aber für ein Beispiel, bei dem MOSFETs fast unmöglich zu verwenden wären, habe ich erst kürzlich hier über eine solche diskrete BJT-Schaltanwendung geschrieben . (Diese beiden BJTs werden als Schalter verwendet, nicht als analoge Verstärker.) Ich würde sehr gerne sehen, wie Sie dies mit diskreten MOSFETs erreichen würden. Probieren Sie es aus. Sagen Sie mir, ob Sie glauben, dass dies mit MOSFETs ohne wahnsinnig komplexe umgebende Schaltungen überhaupt möglich ist. (MOSFETs haben auch einzigartige Situationen, die BJTs nicht können. Zum Beispiel RC-Timing mit niedrigem Leckstrom.)
@jonk Ja, das stimmt. Sie können BJTs von einer fast massebezogenen Spannungsquelle ansteuern, solange Sie den richtigen Widerstand auswählen.
@DKNguyen In diesem Fall stellen sie eine gut geschützte Spannungsschiene für einen extern angeschlossenen Adapter mit geringer Leistung bereit. Es ist selbstbegrenzend und kann versehentlich mit einem Schraubendreher mit geringem Schaden oder Schadensrisiko kurzgeschlossen werden. Es bietet auch eine ähnlich gut geschützte interne Spannungsschiene, die im Wert nahezu identisch mit der externen ist, außer für die Platine selbst, wo die Grenze zulässig höher ist. All dies geschieht mit nur zwei BJTs und einem Widerstand. Selbst dies mit diskreten MOSFETs in Betracht zu ziehen, wäre ein Albtraum.
Weil sie bipolar sind – es liegt einfach in ihrer Natur, hin und her zu wechseln.

Antworten (4)

1: Bipolare sind billiger So können Sie mit dem gleichen Budget größere Experimente durchführen.

2: Bipolare sterben keinen sofortigen Tod durch ESD. Daher besteht ein geringeres Risiko, dass der Benutzer die Elektronik aufgibt, weil "nichts wie beschrieben funktioniert".

3: Bipolare sind gut genug für viele Aufgaben. V_ce(sat) < 0,1 V ist typisch

4: Die meisten "logischen" MOSFETs benötigen unbequeme Ansteuerspannungen, um eine 5-V-Ansteuerung von einem Himbeer-Pi zu erhalten, wird ein zusätzlicher MOSFET benötigt.

5: Die MOSFETs, die es für den 3,3-V-Betrieb gibt, sind schrecklich im Vergleich zu BJTs, sie kosten zehnmal so viel und sind nicht halb so gut.

Im Allgemeinen benötigen FETs viel höhere Ansteuerspannungen als BJTs. Angenommen, Sie haben einen Stromkreis, der mit 5 Volt betrieben wird, und Sie möchten ein Relais schalten. Wenn Sie ein 5-Volt-Relais erhalten, können Sie einen BJT verwenden, und auf der Steuerseite funktioniert alles mit 5 Volt. Die Basisspannung eines BJT beträgt nur etwa 1 Volt, sodass Sie bei der Entwicklung des Basisantriebs mit etwa 4 Volt arbeiten können. Zugegeben, Sie müssen möglicherweise viel Basisstrom bereitstellen (da BJTs normalerweise mit einem Basis-/Kollektorstromverhältnis von etwa 1:10 geschaltet werden sollen).

Wenn Sie keine Logikpegel-FETs verwenden, müssen Sie etwa 10 bis 15 Volt am Gate bereitstellen, um sicherzustellen, dass der FET vollständig eingeschaltet ist. Dies mit einer 5-Volt-Versorgung (oder sogar einer 9-Volt-Batterie) zu tun, wird nicht gut funktionieren.

Anfängerschaltungen werden also normalerweise mit einer einzigen, relativ niedrigen Versorgungsspannung betrieben - und das bietet einen enormen Vorteil bei der Verwendung von Bipolaren.

+1, aber "Sie müssen möglicherweise viel Basisstrom bereitstellen" ist in den meisten Fällen unwahrscheinlich. Wenn Sie überhaupt ein Relais schalten, wird dies definitiv den Stromverbrauch dieses Teils der Schaltung dominieren. Und um das von einer MCU oder so zu fahren, braucht man nur ein triviales Darlington-Paar.

Meiner Meinung nach besteht das größte Problem hier darin, dass die Hersteller weiterhin die gleichen Durchgangslochkomponenten herstellen, die sie immer hergestellt haben, aber sie neigen dazu, sich nicht die Mühe zu machen, ihre coolen neuen Komponenten in Durchgangslöchern zu verpacken.

Insbesondere kann ich Ihnen, soweit ich das beurteilen kann, einfach keinen anständigen 3,3-V-Schalt-Mosfet in einem kleinen Durchsteckgehäuse bekommen, oder zumindest wenn Sie können, ist es nicht einfach, ihn mit Lieferantenparametern zu finden.

Ich ging zu Mouser und richtete eine Suche nach Mosfets mit weniger als einem halben Ohm RDSon ein. Leider sagt Ihnen die Parametrik nicht, bei welcher Spannung RDSon gemessen wurde. Als Proxy, um Teile auszuschließen, die für eine höhere Spannung ausgelegt sind, habe ich eine Schwellenspannung von 1,5 Volt oder weniger ausgewählt. Ich habe es dann weiter auf SOT23- Pakete beschränkt. Ich habe etwa hundert Ergebnisse. Leider sagt die Parametrik nicht aus, dass Sie die Spannung wollen, mit der der RDSon gemessen wurde, aber beim Durchsehen einiger Datenblätter wurden mehrere Teile zu einem Preis von jeweils 0,277 £ mit einem akzeptabel niedrigen RDSon von 3,3 V gefunden

Im Vergleich dazu habe ich bei der Auswahl von to-92 insgesamt 2 Ergebnisse erhalten. Keiner von ihnen hat einen RDSon-Wert für Spannungen unter 4,5 V angegeben.

(Leider scheint stackexchange die obigen Links zu verstümmeln, sie funktionieren in der Bearbeitungsvorschau, aber nicht im geposteten Beitrag).

Links funktionieren hier gut (mit Firefox 52.9.0)
Es scheint seltsam unzuverlässig zu sein, manchmal funktioniert der Link richtig, manchmal werden einige der von mir ausgewählten Parameter gelöscht.
Vielleicht schneidet Ihr Browser die Links ab. Ihr erster Link hat 504 Zeichen und der zweite 465 Zeichen.
Seltsamerweise funktionieren die Links zuverlässig, wenn ich den Bearbeiten-Button drücke und den Links in der Vorschau folge, aber sonst nicht. Und ja, die Links sind sehr lang, es scheint, dass Mouser eine parametrische Suche "weniger als oder gleich" in eine Liste von Werten in der URL übersetzt. Ich habe versucht, eine kürzere URL zu verwenden, aber Stackexchange hat mich daran gehindert.

Bipolartransistoren haben definitiv ihren Zweck, insbesondere in analogen Schaltungen, aber wenn Sie beispielsweise ein Relais schalten möchten , ist ein MOSFET viel einfacher zu handhaben und hat viel weniger Nachteile .

Ich bin mir nicht sicher, ob das wirklich stimmt. Der Strom ist im Allgemeinen niedrig genug, dass ein generischer Bipolartransistor gut funktioniert. Sie benötigen einen Basiswiderstand, aber ein FET benötigt möglicherweise auch einen Widerstand, um das Gate auf Masse zu ziehen, wenn der Eingang erdfrei ist (z. B. wenn eine MCU hochfährt oder ein Signalkabel getrennt wird). Bipolare neigen dazu, bei hohen Spannungsspitzen robuster zu sein (wenn Sie beispielsweise vergessen haben, eine Diode über die Relaisspule zu legen), und die erforderliche Ansteuerspannung und der maximale Ausgangsstrom können (grob) über den Basiswiderstand eingestellt werden. Bipolare arbeiten mit einem breiten Spannungsbereich, der bei weniger als 1 V beginnt und bis zu 40 V oder mehr reicht, während FETs mit niedriger Einschaltspannung normalerweise auf 20 V oder weniger begrenzt sind und für einen zuverlässigen Betrieb immer noch 2,5 V Gate-Treiber benötigen.

Ein weiterer Grund, warum ein Bastler Bipolare bevorzugen könnte, ist, dass sie vielseitiger sind. Die meisten MOSFETs können nur als Schalter verwendet werden, während Bipolare auch als Verstärker usw. verwendet werden können. Dies gilt auch für kommerzielle Produkte. Wenn Sie ein Design haben, das einige Bipolare benötigt, kann es billiger und / oder bequemer sein, sie für alles zu verwenden - aufgrund des niedrigeren Stückpreises in größeren Mengen, niedrigerer Handhabungs- und Lagerkosten usw. und einer größeren Anzahl von Ersatzprodukten Versorgung weniger besorgniserregend (ein Problem, das heutzutage viel mehr Aufmerksamkeit erhält ...).

Vor ~45 Jahren kaufte ich ein paar billige Packungen mit 100 Bipolartransistoren. Einige wurden mehrfach recycelt und sind heute noch genauso nützlich wie 1976.

Ich stimme zu, dass Bipolare vielseitiger sind. Vielleicht ist es nur so, dass ich diese Vielseitigkeit nie benötige und nur einfache Schalter benötige (die tatsächlich wirklich auf 0 V und nicht auf 0,7 V oder höher umschalten). Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass es wahrscheinlich daran liegt, dass THT-MOSFETs viel seltener sind, als ich dachte. Das war mir nicht bewusst, da ich in meinen Designs ohnehin nur SMD-Bauteile verwende.
Warum werden Bipolartransistoren für Schaltanwendungen verwendet?
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