Wann ist ein MOSFET als Schalter geeigneter als ein BJT?

In meinen Experimenten habe ich nur BJTs als Schalter (zum Ein- und Ausschalten von Dingen wie LEDs und dergleichen) für meine MCU-Ausgänge verwendet. Ich habe jedoch wiederholt erfahren, dass N-Kanal-Enhancement-Mode-MOSFETs eine bessere Wahl für Schalter sind (siehe hier und hier , Beispiele), bin mir aber nicht sicher, warum. Ich weiß, dass ein MOSFET keinen Strom am Gate verschwendet, was bei einer BJT-Basis der Fall ist, aber das ist für mich kein Problem, da ich nicht mit Batterien laufe. Ein MOSFET benötigt auch keinen Widerstand in Reihe mit dem Gate, erfordert jedoch im Allgemeinen einen Pulldown-Widerstand, damit das Gate nicht schwebt, wenn die MCU neu gestartet wird (richtig?). Keine Reduzierung der Teilezahl.

Es scheint keinen großen Überschuss an MOSFETs auf Logikebene zu geben, die den Strom umschalten können, den billige BJTs (z. B. ~ 600-800 mA für einen 2N2222) können, und den existierenden (z. B. TN0702) schwer zu finden und deutlich teurer.

Wann ist ein MOSFET geeigneter als ein BJT? Warum wird mir ständig gesagt, dass ich MOSFETs verwenden soll?

BJTs eignen sich viel besser als MOSFETs zum Ansteuern von LEDs mit geringem Stromverbrauch und ähnlichen Bauteilen von MCUs. MOSFETs eignen sich besser für Hochleistungsanwendungen, da sie schneller schalten können als BJTs. Dadurch können sie kleinere Induktivitäten in Schaltnetzteilen verwenden, was den Wirkungsgrad erhöht.

BJTs verschwenden bei jedem Einschalten Strom, unabhängig davon, ob die Last etwas zieht. Wenn Sie in einem batteriebetriebenen Gerät einen BJT verwenden, um etwas anzutreiben, dessen Last stark variiert, aber häufig niedrig ist, wird viel Energie verschwendet. Wenn ein BJT verwendet wird, um etwas mit einer vorhersehbaren Stromaufnahme zu versorgen (wie eine LED), ist dieses Problem nicht so schlimm. Man kann einfach den Basis-Emitter-Strom auf einen kleinen Bruchteil des LED-Stroms einstellen.

Ein guter N-Kanal-MOSFET hat bei richtiger Vorspannung einen sehr niedrigen (Drain-Source-Äquivalentwiderstand), was bedeutet, dass er sich beim Einschalten sehr ähnlich wie ein tatsächlicher Schalter verhält. Sie werden feststellen, dass die Spannung am MOSFET im eingeschalteten niedriger ist als die (Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung) eines BJT.$R_{ds(on)}$$V_{ce(sat)}$

Ein 2N2222 hat von Abhängigkeit vom Vorspannungsstrom.$V_{ce(sat)}$$0.4V - 1V$

Ein VN2222-MOSFET hat ein Maximum von .$R_{ds(on)}$$1.25 \Omega$

Sie können sehen, dass der VN2222 viel weniger über die Drain-Source dissipiert.

Wie zuvor erläutert, ist der MOSFET auch eine Transkonduktanzvorrichtung - Spannung am Gate ermöglicht Strom durch die Vorrichtung. Da das Gate gegenüber der Source hochohmig ist, benötigen Sie keinen konstanten Gate-Strom, um das Gerät voranzutreiben - Sie müssen nur die inhärente Kapazität überwinden, um das Gate aufzuladen, dann wird der Gate-Verbrauch winzig.

BJTs sind in manchen Situationen besser geeignet, da sie oft billiger sind. Ich kann TO92-BJTs für jeweils 0,8 p kaufen, aber MOSFETs starten erst mit jeweils 2 p - es klingt vielleicht nicht nach viel, aber es kann einen großen Unterschied machen, wenn Sie mit einem kostensensitiven Produkt mit vielen von diesen arbeiten.

FET-Bauelemente mit fast keinem Eingangsstrom (Gate-Strom) sind die beste Wahl für die vom Mikrocontroller angesteuerten LEDs, da der Mikrocontroller nicht viel Strom durch seinen Chip liefern muss, um sich selbst zu kühlen (geringere Wärmeabgabe auf dem Chip). Während LED-Strom fast ausschließlich über den externen FET-Kanal fließt. Ja, es ist auch wahr, dass der Ron der typischen FET-Bauelemente sehr niedrig ist und einen geringen Spannungsabfall über dem FET beibehält, was für eine Anwendung mit geringer Leistung vorteilhaft ist.

Es gibt jedoch einige Nachteile hinsichtlich der Störfestigkeit am Gate des MOSFET, was bei den BJTs möglicherweise nicht der Fall ist. Jedes Potential (Rauschen), das am Gate des MOSFET angelegt wird, lässt den Kanal bis zu einem gewissen Grad leiten. Es ist nicht sehr (aber immer noch ausreichend), den Mosfet zu verwenden, um die Relaisspulen mit niedriger Vt (Schwelle) anzusteuern. In diesem Fall möchten Sie möglicherweise einen FET mit einer höheren Vt (Schwelle) erhalten, wenn Ihr Mikrocontroller den FET ansteuert.

MOSFETs sind robuster für hohe Stromanforderungen. Zum Beispiel kann ein Mosfet mit einer Nennleistung von 15 A kurzzeitig einen Strom von 60 A (z. B. IRL530) durchlassen. BJT mit einer Nennleistung von 15 A kann nur 20 A-Impulse durchlassen. Auch Mosfets haben eine bessere Wärmeübergangsfestigkeit zum Gehäuse, selbst wenn sie einen kleineren Chip haben.