Was ist der Unterschied zwischen MOSFETs und BJTs?

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TIP120 ist ein BJT , also eine andere Familie von Transistoren als FETs . Unten finden Sie eine breite, stark vereinfachte Cartoon-Version der Funktionsweise beider. Im Folgenden wird von NPN und NMOS ausgegangen, wie in der Frage angegeben. PNP und PMOS würden einiges davon umkehren.

Ein BJT hat eine sehr niedrige Basisimpedanz; Im Wesentlichen befindet sich zwischen Basis und Emitter eine Diode. Dies bedeutet, dass, wenn der Transistor "an" ist, die Basis des Transistors ~ 0,7 V über dem Emitter liegt. Wenn Sie versuchen, die Basis höher zu treiben (z. B. auf 3,3 V oder 5 V mit einem Mikrocontroller-E / A-Pin), fließt eine unerwünscht große Strommenge, und es passieren schlimme Dinge. Sie müssen etwas zwischen dem I / O-Pin und der Transistorbasis haben, um diesen Strom zu begrenzen. Also der Widerstand. Die Prozessorseite des Widerstands geht auf 5 V (oder was auch immer Ihre Mikrocontroller-Logikschiene ist), und die Transistorseite geht auf ~ 0,7 V. Diese Spannungsdifferenz, geteilt durch den Widerstand, gibt Ihnen den Strom, der in die Basis eingespeist wird. Das sagt Ihnen zusammen mit den Transistoreigenschaften, wie viel Strom jetzt durch den BJT-Kollektor-Emitter fließen kann.

Ein FET hat eine sehr hohe Gate-Impedanz, sodass beim Einschalten kein Strom in das Gate fließt. Sie legen eine Spannung zwischen Gate und Source an und der "Schalter" schließt. Das Gate kann normalerweise bis zu 20 V über der Source liegen, sodass das Ansteuern eines FET mit einem Mikrocontroller normalerweise kein Problem darstellt. Stattdessen haben Sie die gegenteilige Sorge: Einige FETs benötigen mehr Gate-Spannung, als einige Prozessoren liefern können!

Jetzt gibt es allerlei zusätzliche Details. Manchmal schalten Sie zu Filterzwecken einen Widerstand in Reihe mit dem Gate eines FET. Tatsächlich fließt Strom in das Gate eines FET, insbesondere beim Ein- und Ausschalten, was für einige Anwendungen von Bedeutung sein kann. Und BJTs und FETs können in einem analogen Modus angesteuert werden, in dem sie weder vollständig ein- noch ausgeschaltet sind, sondern irgendwo dazwischen. Manchmal ist das gut, manchmal ist es schlecht.

Wenn ich meinen Mikrocontroller-Hut trage, neige ich dazu, wo immer möglich FETs zu verwenden. Im Allgemeinen sind sie einfacher zu handhaben und ihre Verluste sind geringer. BJTs sind manchmal billiger und eher für analoge Steuerungsanwendungen geeignet.

Ein kurzer Vergleich von Mosfets und BJE-Transistoren würde Folgendes beinhalten:

Spannungsabfall

• Transistoren haben einen beträchtlichen Spannungsabfall über Emitter und Kollektor, er liegt im Bereich von 1-2 V (und sogar höher für Darlington ).
• Mosfets hingegen haben keinen festgelegten Spannungsabfall, sondern einen Drain-Source-ON-Widerstand (Rds-on), der im MilliOhm-Bereich liegt und zu einem geringen Spannungsabfall führt.

Basis-/Gate-Laufwerk

• Transistoren benötigen normalerweise einen Widerstand an der Basis (ein Widerstand im Emitter kann einen ähnlichen Effekt haben), um den Basis-Emitter-Strom auf sichere Werte zu begrenzen. Als allgemeine Faustregel gilt, dass ein Transistor etwa 1/10 bis 1/20 des zur Basis getriebenen Kollektorstroms benötigt, um gesättigt zu sein und einen niedrigen Vce-Spannungsabfall zu haben (was für einen als Schalter verwendeten Transistor erwünscht ist). . Für einen Darlington ist dieser Strom aufgrund der hohen Verstärkung erheblich niedriger.
• Mosfets benötigen für den statischen Betrieb praktisch keinen Strom zum Gate (es ist nur ein geringer Strom beim Ein- / Ausschalten), müssen das Gate jedoch mit einem Spannungspegel ansteuern, der hoch genug ist (abhängig vom Modell), damit sich der Mosfet dreht voll eingeschaltet und haben einen niedrigen Rds-on.
  Wenn der Mosfet für schnelles PWM-Schalten verwendet wird (im Gegensatz zum statischen Betrieb), ist normalerweise ein geeigneter Treiber (mit ausreichender Stromkapazität) erforderlich, und der Grund dafür ist, dass das Mosfet-Gate eine Kapazität hat, die aufgeladen werden muss, damit der Mosfet geladen werden kann Ein- und entladen, damit sich der Mosfet ausschaltet. Je schneller Sie die Gate-Kapazität aufladen und entladen können, desto schneller wechselt der Mosfet zwischen den Ein- / Aus-Zuständen und verbringt so wenig Zeit wie möglich in dem Zustand, der sich zwischen diesen beiden befindet wo Die Verlustleistung wird hoch sein (dies führt zu Überhitzung.)