¿Cuál es la diferencia entre los transistores de unión bipolar (BJT) de pequeña señal comercializados como interruptores y los amplificadores?

Question

Por ejemplo, el MMBT3904 y MMBT3906 Los BJTs aparecen como Transistores de conmutación NPN/PNP y las hojas de datos mencionan los tiempos de conmutación, mientras que el BC846 y BC856 Los BJTs aparecen como Transistores de propósito general NPN/PNP (y la velocidad de conmutación tendría que deducirse mirando la frecuencia de transición f _t ?)

Además de lo obvio (mayor f _t para los transistores de conmutación): ¿Existe alguna diferencia en la forma de diseñarlos y fabricarlos? ¿Puede un tipo utilizarse generalmente en la otra aplicación, pero no a la inversa?

¿Qué pasa con cosas como la capacitancia de Miller, la linealidad y el ruido?

¿Existen ciertos trucos en la geometría del silicio, o la concentración de dopantes?

Relacionado, para los FET: ¿Cuál es la diferencia entre los transistores de efecto de campo (FET) comercializados como interruptores y los amplificadores?

Answer 1

Por lo que recuerdo al leer el libro de datos de transistores de Motorola hace unos meses, los transistores de conmutación, como has dicho, tienen un ft más rápido y, por ello, tienen una región lineal más pequeña. Los transistores de pequeña señal tienen un ft más lento, pero una región lineal más grande. Hace poco tomé una clase de VLSI que, lamentablemente, sólo se centró en los MOSFET. A partir de esto, sólo puedo suponer que la longitud de la región N en un PNP o la longitud de la región p en un NPN en un transistor de conmutación es menor, por lo que es más fácil hacer que la región de agotamiento sea lo suficientemente grande como para que el transistor conduzca. También supongo que lo contrario es cierto para los transistores de señal pequeña.

Answer 2

Una diferencia clave que la mayoría de las veces se deja de lado es que la mayoría de los dispositivos electrónicos ACTIVOS se diseñan, fabrican y PRUEBAN (se aceptan/rechazan) para cumplir un conjunto de requisitos muy específicos:

• Podemos llamar al anterior conjunto de requisitos objetivo PRIMARIO o OBLIGATORIO, lo que significa que realmente necesitamos conseguir un muy buen rendimiento en estos requisitos para diferenciar nuestro dispositivo y hacerlo mejor que un dispositivo "estándar" o de referencia.
• A continuación, hay un segundo grupo de requisitos, SECUNDARIOS o QUE ES BUENO TENER, que no se pueden pasar por alto, o nuestro dispositivo puede estar por debajo del dispositivo "estándar" en estos otros parámetros. La mayoría de las veces, los requisitos secundarios están en contradicción con los primarios, lo que significa que mejorar en uno de los parámetros primarios empeorará el parámetro secundario. En otras ocasiones, los requisitos secundarios son simplemente caros de mejorar y no son realmente necesarios para nuestro mercado o aplicaciones.

Lo anterior sucede simplemente porque no es factible crear un dispositivo activo que sea el más adecuado para todas (muchas) las aplicaciones previstas.

Por ejemplo, y refiriéndonos al diseño de un BJT, para una tecnología de fabricación determinada, la "conmutación de alto voltaje" (mayor ruptura colector-base de avalancha) necesitará una mayor área de dopantes de difusión, lo que a su vez hará que las capacitancias parásitas de entrada y salida sean mayores, y por tanto el BJT resultante será más lento que si decidimos no mejorar el BVcb. En este sencillo ejemplo, las características deseadas "mayor BVcb" y "tiempos de conmutación más rápidos" no pueden mejorarse simultáneamente. En consecuencia, al diseñar un dispositivo muy lineal sacrificaré un mayor BVcb para obtener un mayor Ft (ancho de banda de ganancia unitaria).

Volviendo a la pregunta original, hay TRES razones principales que explican por qué los fabricantes a veces "etiquetan" o subtitulan un dispositivo con adjetivos como "diseñado para aplicaciones de conmutación" o "amplificador lineal de propósito general":

1. Algunos de los parámetros objetivo que hay que optimizar para conseguir el "mejor" dispositivo de conmutación bajo una determinada tecnología de fabricación son de poca utilidad o van en contra del mejor comportamiento del amplificador lineal: robustez de los diodos internos parasitarios/SCRs, corriente de pico muy alta, protección ESD, optimización del tiempo de almacenamiento y retardo, alta BVcb, estabilidad térmica...
2. Hoy en día, es habitual construir dispositivos de alimentación/conmutación discretos como muchos dispositivos internos conectados en paralelo. Esta técnica mejora naturalmente muchos de los parámetros mencionados que hacen que un "buen dispositivo de conmutación", sin embargo, también hará que el dispositivo sea mucho menos lineal, literalmente.
3. Precio La mejora de un parámetro que no es necesario para la aplicación a la que se destina aumentará seguramente los costes. ¿Por qué? Porque el fabricante tendrá que caracterizar el dispositivo también para los parámetros no necesarios y, lo que es peor, RECHAZAR los dispositivos fabricados que no satisfagan el parámetro nombrado durante la fase de prueba. Esto reducirá el rendimiento del proceso de fabricación y hará subir los precios.

El último punto, caracterizar y probar un parámetro que no es realmente necesario, es fácil de detectar en muchas hojas de datos. Observará que muchos BJT de propósito general (amplificadores lineales) no garantizan ni siquiera indican los valores esperados para los tiempos de almacenamiento y retardo. Por otro lado, los BJT de conmutación caracterizan la mayoría de las veces los tiempos de conmutación, las formas de onda y los parámetros relacionados, pero no entran en muchos detalles ni representan la variabilidad de las curvas hie/hfe/hoe.