В чем разница между полевыми транзисторами (FET), продаваемыми как переключатели и усилители?

Например, JFET J108 указан как «N-Channel Switch», а в техническом описании упоминается RDS по сопротивлению, в то время как J201 JFET J201 указан как «N-Channel General Purpose Amplifier» (и сопротивление при включении должно быть вывести из кривых IDS?)

Есть ли разница в том, как они спроектированы и изготовлены? Может ли один тип обычно использоваться в другом приложении, но не наоборот?

В связи с этим, для BJT: в чем разница между биполярными транзисторами с малым сигналом (BJT), продаваемыми как переключатели по сравнению с усилителями?

Существуют различные варианты выбора транзисторов, причем некоторые компромиссы лучше подходят для коммутации приложений, а другие - для «линейных» приложений.

Переключатели предназначены для того, чтобы проводить большую часть своего времени полностью включенным или полностью выключенным. Поэтому состояния включения и выключения важны, так как кривая отклика промежуточных состояний не слишком актуальна.

Для большинства приложений ток утечки в отключенном состоянии большинства транзисторов достаточно мал, чтобы не иметь значения. Для коммутационных приложений один из наиболее важных параметров - это то, как «включено» включено, как определено Рдсоном в полевых транзисторах и напряжением и током насыщения в биполярных. Вот почему переключающиеся полевые транзисторы будут иметь спецификации Rdson, не только для того, чтобы показать, насколько они хороши при полном включении, но также потому, что для разработчиков схемы также важно знать, какое напряжение у них упадет, а какое тепло будет рассеиваться.

Транзисторы, используемые в качестве усилителей общего назначения, работают в «линейной» области. Они могут быть не такими уж линейными по своим характеристикам, но это название используется в промышленности для обозначения промежуточного диапазона, в котором транзистор не полностью или не полностью выключен. Фактически, для использования усилителя вы никогда не захотите достичь ни одного из предельных состояний. Поэтому Рдсон не так уж важен, так как вы никогда не планируете находиться в таком состоянии. Однако вы хотите знать, как устройство реагирует на различные комбинации напряжения на затворе и напряжения на стоке, потому что вы планируете использовать его в широком спектре.

Существуют компромиссы, которые может сделать разработчик транзистора, которые способствуют более пропорциональному отклику на напряжение на затворе по сравнению с лучшим полностью на эффективном сопротивлении. Вот почему некоторые транзисторы рекламируются как переключатели по сравнению с линейными операциями. Таблицы данных также сосредоточены на спецификациях, наиболее подходящих для проектировщика схемы для предполагаемого использования.

Для мощных полевых МОП-транзисторов существует хорошее практическое правило, указывающее, что чем новее деталь, тем лучше она оптимизирована для переключения приложений. Первоначально, MOSFET использовались в качестве проходных элементов в линейных регуляторах напряжения (без базового тока, ухудшающего потери без нагрузки или общую эффективность) или аудио усилителей класса AB. Сегодня движущей силой развития новых поколений MOSFET является, конечно, повсеместное распространение импульсных источников питания и постоянное стремление к управлению двигателями с помощью преобразователей частоты. Все, что было достигнуто в этом отношении, является ничем иным, как впечатляющим.

Некоторые характеристики, которые были улучшены с каждым новым поколением МОП-транзисторов:

• Более низкий R _{DS, вкл.} - потому что минимизировать потери проводимости означает максимизировать общую эффективность.
• Меньшая паразитная емкость - поскольку меньший заряд вокруг затвора помогает снизить потери при вождении и увеличивает скорость переключения; меньшее время, затрачиваемое на переключающие переходы, означает меньшие потери на переключение.
• Меньше обратного времени восстановления внутреннего диода; связан с более высоким рейтингом dV / dt - это также помогает уменьшить потери при переключении, а также означает, что вы не можете так же легко уничтожить МОП-транзистор, когда заставляете его выключать действительно, очень быстро.
• Лавинная прочность - в коммутационных устройствах всегда присутствует индуктор. Отключение тока от индуктора означает создание больших скачков напряжения. В случае плохого затухания или полного расцепления шипы будут выше, чем максимальное напряжение MOSFET. Хороший рейтинг лавин означает, что вы получите дополнительный бонус до того, как произойдет катастрофический сбой.

Тем не менее, есть один не очень известный принцип линейных применений MOSFET, который стал более заметным по сравнению с их новыми поколениями:

• FBSOA (смещенная в прямом направлении безопасная рабочая зона), то есть способность работать с мощностью в линейном режиме работы.

Следует признать, что это проблема с любым типом MOSFET, старым и новым, но более старые процессы были более щадящими. Это график, который содержит большую часть соответствующей информации:

Источник: АТЭС, IRF

При высоком напряжении между затвором и истоком повышение температуры приведет к увеличению сопротивления при включении и уменьшению тока стока. Для коммутационных приложений это просто идеально: МОП-транзисторы приводят к хорошему насыщению с высоким V _GS . Подумайте о параллельных МОП-транзисторах и помните, что на одном МОП-транзисторе имеется множество крошечных параллельных МОП-транзисторов. Когда один из этих полевых МОП-транзисторов нагревается, он будет иметь повышенное сопротивление, и его соседи будут «брать» больший ток, что приведет к хорошему общему распределению без горячих точек. Потрясающе.

Однако для V _GS ниже значения, в котором пересекаются две линии, называемого пересечением нулевой температуры (см . Приложение 1155 IRF ), повышенная температура приведет к уменьшению R _DS, как при включенном , так и при увеличенном токе стока. Именно здесь в вашу дверь постучат тепловые побеги, вопреки распространенному мнению, что это явление только для BJT. Возникнут горячие точки, и ваш MOSFET может самоуничтожиться захватывающим образом, взяв с собой некоторые из красивых схем в его окрестностях.

Ходят слухи, что более старые боковые устройства MOSFET имели более подходящие характеристики передачи по своим внутренним параллельным встроенным MOSFET, чем по сравнению с более новыми траншейными устройствами, оптимизированными в соответствии с вышеупомянутыми характеристиками, важными для коммутационных приложений. Это дополнительно подтверждается в статье, с которой я уже связан , в которой показано, как новые устройства имеют даже увеличивающееся значение V _GS для точки пересечения нулевой температуры.

Короче говоря: существуют мощные МОП-транзисторы, которые лучше подходят для линейных или коммутационных приложений. Поскольку линейные приложения стали чем-то вроде нишевого приложения, например, для поглотителей тока, управляемых напряжением , необходимо соблюдать особую осторожность в отношении графика для смещенной вперед зоны безопасной работы ( FB-SOA ). Если в нем нет строки для работы с постоянным током, это важный намек на то, что устройство, скорее всего, не будет хорошо работать в линейных приложениях.

Вот еще одна ссылка на статью IRF с хорошим обобщением большинства вещей, которые я упомянул здесь.