1) Power FET's y Darlingtons son dos animales diferentes. Un BJT funciona mejor como un dispositivo lineal que se controla con precisión ACTUAL. Los BJT tienen inherentemente anchos de banda más altos que los FET y, en general, son más baratos para un transporte de corriente idéntico. Además, los BJT pueden generar fuentes de corriente constante excelentes y económicas, lo que hace que sea una fuente de corriente constante simple pero precisa para dispositivos sensibles controlados por corriente como los LED. Los BJT y, en particular, las configuraciones de Darlington le permiten controlar con precisión una corriente de salida en el rango 0-10A + con típicamente menos de 2 mA desde una MCU con una resistencia de ajuste de corriente simple a la base conectada a un pin del microcontrolador.
2) Para mayor precisión utilizando un PNP Darlington, la corriente base se referencia a tierra, todavía se puede usar un pin de microcontrolador, la salida se baja para conectar a tierra la resistencia base. Si la tensión de alimentación principal varía, se debe utilizar una resistencia de detección de corriente para compensar la retroalimentación. Las corrientes de pin del microcontrolador varían con la capacidad de abastecimiento / hundimiento y las diferentes familias MCU tendrán diferentes capacidades. Un AVR de 5V típico puede generar / hundir hasta 20-30 mA / pin siendo TTL, y los arduino basados en SAM como el DUE tienen dos tipos de capacidades de pin pines de baja y alta corriente, pines de alta corriente que solo pueden generar 15mA / hundir 9mA ( CMOS de baja potencia), así que tenga esto en cuenta si no está utilizando un amplificador operacional como búfer.
3) Si bien los BJT son excelentes para amplificar pequeñas señales con baja distorsión y controlar con precisión las altas corrientes, los BJT hacen interruptores deficientes, sin embargo, porque incluso si están saturados, todavía tienen caídas de voltaje Vce de más de 2 V, esto significa una disipación de potencia significativa a altas corrientes, lo que significa una importante producción de calor. Incluso si tiene un Darlington que puede manejar 20 A antes de que la ganancia se reduzca, con tan solo 0,96 A y temperatura ambiente de 30 ° C, estará a una temperatura de unión de 150 ° C sin disipador de calor.
4) Los MOSFET de potencia son casi lo opuesto a los BJT en funcionamiento, son excelentes para ser interruptores, pero si no se diseñan con cuidado, hacen que los dispositivos de amplificación y control de corriente lineal sean deficientes. Esto tiene que ver con las capacidades de compuerta relativamente grandes que limitan la capacidad del FET de potencia para tener anchos de banda altos. Los IC de controladores de compuerta especiales pueden manejar las grandes corrientes de carga / descarga al energizar la capacitancia de compuerta de un mosfet a altas frecuencias, pero también aumentan el costo / complejidad del proyecto.
5) Los mosfets suelen tener regiones "lineales" mucho más pequeñas que las BJT y tienen prácticamente cero resistencia "activada" siempre que se cumplan las condiciones Vgs para conducir el MOSFET a la saturación. Con el voltaje "encendido" cae Vds en la región mV, la única potencia considerable que se disipa es cuando el MOSFET está en transición de apagado a encendido y viceversa. Un MOSFET de potencia típica puede tener una identificación continua de 40 A o más y no necesitar un disipador de calor hasta cerca de la mitad de esa clasificación porque la resistencia del MOSFET cuando está encendido generalmente está en la región de miliohmios. Con una temperatura ambiente de 30 ° C, una caja Mosfet TO-220 con 0.01 Ohms RDSon (10 miliohms) podría disipar los mismos 2.4 W que un BJT basado en TO-220 sin disipador de calor, pero pasaría 15.49 A sin un Disipador de calor a la misma temperatura de unión de 150C.
6) El uso de un Darlington en una caja TO-220 con un disipador térmico de tamaño adecuado puede controlar linealmente grandes corrientes con precisión con solo unos pocos mA en marcha / viniendo (NPN / PNP) hacia / desde sus bases. Un Darlington también se puede usar para amplificar pequeñas corrientes / señales con precisión con una distorsión muy baja debido a sus regiones "lineales" más grandes (ideal para aplicaciones de potencia de precisión DC-RF). Los Darlington son particularmente adecuados como una fuente de corriente constante donde la ondulación de salida de una fuente de conmutación sería una preocupación para su diseño. Sin embargo, esto tiene un precio con grandes caídas de voltaje de 2V o más en el colector y el emisor, lo que lleva a disipaciones de alta potencia. Los BJT también son propensos a la fuga térmica sin que el diseño considerado sea un dispositivo de coeficiente de temperatura positivo.
7) Con un diseño cuidadoso, se puede hacer que un mosfet funcione en su región "lineal" más pequeña, pero disipará pérdidas de potencia similares a las de un BJT mientras opera dentro de esta región "lineal". Sin embargo, los MOSFET suelen ser dispositivos de coeficiente de temperatura negativo (están algo protegidos contra sobrecorriente). Son dispositivos sensibles a la electricidad estática (como todos los CMOS), por lo que se deben tomar precauciones y se deben instalar equipos ESD al manipular FET.
BJT PROs :
- uso relativamente sencillo, fácil de controlar
- barato
- requieren poca circuitería de soporte
- Operación de CC a radiofrecuencia
- no sensible a ESD, no se necesita equipo de precaución de ESD para trabajar con
CONTRAS BJT :
- Ineficiente
- tienen disipaciones de potencia relativamente altas (los disipadores de calor son casi necesarios)
- El tempco positivo podría conducir a fugas térmicas y destruir el transistor
- Necesitan resistencias de "balasto" de alto voltaje y baja potencia para ser paralelas
PROS MOSFET de potencia :
- RDSon muy bajo permite diseños de disipación de alta potencia y baja corriente
- la corriente de la compuerta solo ocurre durante la carga / descarga de la capacitancia de la compuerta
- Adecuado para diseños de conmutación de alta densidad de corriente con disipadores pequeños / sin disipadores
- se puede conectar en paralelo sin resistencias de "lastre" (solo para conmutación)
- MOSFET de potencia de compuerta de nivel lógico con controladores de bomba de carga de compuerta integrados disponibles
- La mayoría son dispositivos temco negativos
Contras MOSFET de potencia :
- La capacitancia de puerta relativamente grande limita la frecuencia de CC a ~ 10MHz
- Requiere IC de accionamiento de puerta especiales para FET de alta frecuencia / alta potencia
- Dispositivos altamente sensibles a ESD, que requieren la compra de equipos de precaución ESD
- Los MOSFET de compuerta de nivel lógico tienen tiempos de transición bastante lentos Ton + Toff = avg ~ 44nS (22.7MHz cerca del límite superior) - no es realmente una estafa a menos que MCU freq> ~ 44MHz
Esperemos que esto pueda aclarar mejor la idoneidad de la elección BJT vs MOSFET para una tarea determinada.