¿Cuál es la diferencia entre MOSFETs y BJTs?

Question

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http://learn.adafruit.com/rgb-led-strips/usage

Me preguntaba cuál es la diferencia entre un MOFSET de canal N y un transistor TIP120. Más específicamente, ¿por qué agrega resistores de 100-220 ohmios en la base al utilizar el TIP120?

Answer 1

Una breve comparación de mosfets y transistores BJE incluiría lo siguiente:

pérdida de voltaje

• Los transistores tienen una considerable caída de voltaje a través del emisor y el colector, está en el rango de 1-2v (e incluso más alto para Darlington).
• Por otro lado, los Mosfets no tienen una caída de voltaje especificada, sino una resistencia de encendido de drenaje-fuente (Rds-on) que está en el rango de miliohmios y resulta en una baja caída de voltaje.

impulsión de base/puerta

• Normalmente, los transistores necesitan una resistencia a la base (una resistencia en el emisor puede tener un efecto similar) para limitar la corriente base-emisor a niveles seguros. Una regla general es que un transistor necesita aproximadamente 1/10 a 1/20 de la corriente del colector conducida a la base para saturarse y tener una baja caída de voltaje Vce (lo cual se quiere para un transistor utilizado como interruptor). Para un Darlington, esa corriente es considerablemente menor debido a la alta ganancia.
• Prácticamente, los Mosfets no necesitan corriente a la puerta para la operación estática (es solo una pequeña cantidad de corriente al encender/apagar), pero necesitan llevar la puerta a un nivel de voltaje lo suficientemente alto (depende del modelo) para que el Mosfet se encienda completamente y tenga un bajo Rds-on.
  Cuando el Mosfet se utiliza para una conmutación rápida de PWM (a diferencia de la operación estática), entonces normalmente se requiere un controlador adecuado (con suficiente capacidad de corriente) y la razón es que la puerta del Mosfet tiene una capacitancia que debe cargarse para que el Mosfet se encienda y descargarse para que el Mosfet se apague, cuanto más rápido pueda cargar y descargar la capacitancia de la puerta, más rápido el Mosfet cambiará entre los estados de encendido/apagado pasando el menor tiempo posible en el estado intermedio donde la potencia disipada será alta (esto resultará en sobrecalentamiento).

Answer 2

http://www.digikey.com/product-search/es?lang=es&site=US&keywords=tip120

TIP120 es un BJT, que es una familia diferente de transistores que los FETs. A continuación se muestra una versión amplia y simplificada de cómo ambos funcionan. Lo siguiente asume NPN y NMOS, como se especifica en la pregunta. PNP y PMOS invertirían parte de esto.

Un BJT tiene una impedancia de base muy baja; básicamente, hay un diodo entre la base y el emisor. Esto significa que si el transistor está "encendido", la base del transistor estará aproximadamente a ~0.7V por encima del emisor. Si intentas llevar la base a un voltaje más alto que eso (digamos a 3.3V o 5V con un pin de E/S de microcontrolador), una cantidad indeseablemente grande de corriente fluirá y sucederán cosas malas. Debes tener algo entre el pin de E/S y la base del transistor para limitar esa corriente. Por lo tanto, el resistor. El lado del procesador del resistor va a 5V (o al voltaje lógico de tu microcontrolador), y el lado del transistor va a ~0.7V. Esta diferencia de voltaje, dividida por la resistencia, te da la corriente que se inyecta en la base. Eso, junto con las características del transistor, te dice cuánta corriente puede fluir ahora a través del colector-emisor del BJT.

Un FET tiene una impedancia de compuerta muy alta, por lo que no fluye corriente hacia la compuerta cuando está encendido. Aplicas voltaje entre la compuerta y la fuente, y el "interruptor" se cierra. La compuerta normalmente puede llegar hasta 20V por encima de la fuente, por lo que no suele ser un problema controlar un FET con un microcontrolador. En cambio, tienes la preocupación opuesta: ¡algunos FETs necesitan más voltaje de compuerta de lo que algunos procesadores pueden suministrar!

Ahora, hay todo tipo de detalles adicionales. A veces colocas un resistor en serie con la compuerta de un FET, para fines de filtrado. De hecho, hay flujo de corriente hacia la compuerta de un FET, especialmente al encenderlo y apagarlo, lo que puede ser importante para algunas aplicaciones. Y los BJTs y FETs pueden ser controlados en modo analógico, donde no están completamente encendidos o apagados, sino en algún punto intermedio. A veces eso es bueno, a veces es malo.

Cuando estoy usando mi sombrero de microcontrolador, tiendo a usar FETs siempre que sea posible. En general, son más fáciles de trabajar y sus pérdidas son menores. Los BJTs a veces son más baratos, y es más probable que sean la elección para aplicaciones de control analógico.