Apa perbedaan antara transistor efek medan (FET) yang dipasarkan sebagai sakelar vs. amplifier?

Misalnya, J108 JFET terdaftar sebagai "N-Channel Switch", dan datasheet menyebutkan RDS tentang resistensi, sedangkan J201 JFET terdaftar sebagai "N-Channel General Purpose Amplifier" (dan N-Channel General Purpose Amplifier) ​​(dan on-resistance harus disimpulkan dari kurva IDS?)

Apakah ada perbedaan dalam cara ini dirancang dan dibuat? Dapatkah satu jenis umumnya digunakan dalam aplikasi lain, tetapi tidak sebaliknya?

Terkait, untuk BJT: Apa perbedaan antara transistor sambungan bipolar kecil (BJT) yang dipasarkan sebagai sakelar vs. amplifier?

Ada berbagai pilihan yang dapat dibuat dalam desain transistor, dengan beberapa tradeoff menjadi lebih baik untuk berpindah aplikasi dan lainnya untuk aplikasi "linear".

Sakelar dimaksudkan untuk menghabiskan sebagian besar waktunya sepenuhnya atau sepenuhnya. Karenanya status on dan off penting karena kurva respons di antara kondisi tidak terlalu relevan.

Untuk sebagian besar aplikasi, arus bocor tidak aktif sebagian besar transistor cukup rendah sehingga tidak masalah. Untuk berpindah aplikasi, salah satu parameter terpenting adalah bagaimana "on" on, seperti yang dikuantifikasi oleh Rdson dalam FET dan tegangan saturasi serta arus pada bipolar. Inilah sebabnya mengapa beralih FET akan memiliki spesifikasi Rdson, tidak hanya untuk menunjukkan seberapa baik mereka dalam keadaan penuh, tetapi karena ini juga penting bagi perancang sirkuit untuk mengetahui berapa banyak tegangan yang akan turun dan panas mereka akan menghilang.

Transistor yang digunakan sebagai amplifier tujuan umum beroperasi di wilayah "linear". Mereka mungkin tidak terlalu linier dalam karakteristik mereka, tetapi ini adalah nama yang digunakan dalam industri untuk menunjukkan rentang di antara di mana transistor tidak sepenuhnya hidup atau mati sepenuhnya. Bahkan, untuk penggunaan amplifier Anda ingin tidak pernah mencapai salah satu dari batas negara. Karena itu Rdson tidak relevan karena Anda berencana untuk tidak pernah berada dalam keadaan itu. Namun Anda ingin tahu bagaimana perangkat bereaksi terhadap berbagai kombinasi tegangan gerbang dan dan mengalirkan tegangan karena Anda berencana untuk menggunakannya melintasi kontinum yang luas.

Ada pengorbanan yang dapat dilakukan oleh perancang transistor yang mendukung respons yang lebih proporsional terhadap tegangan gerbang dibandingkan yang terbaik sepenuhnya pada resistansi efektif. Inilah sebabnya mengapa beberapa transistor dipromosikan sebagai sakelar versus untuk operasi linier. Lembar data kemudian juga fokus pada spesifikasi yang paling relevan dengan perancang sirkuit untuk penggunaan yang dimaksudkan.

Untuk MOSFET daya, ada aturan praktis yang baik yang menunjukkan bahwa semakin baru komponen, semakin baik dioptimalkan untuk berpindah aplikasi. Awalnya, MOSFET digunakan sebagai elemen lulus dalam regulator tegangan linier (tidak ada arus basis yang menurunkan kehilangan tanpa beban atau efisiensi keseluruhan) atau amplifier audio kelas AB. Saat ini, kekuatan pendorong untuk pengembangan generasi MOSFET baru, tentu saja, di mana-mana pasokan daya mode sakelar dan terus berkembang menuju kontrol motor dengan konverter frekuensi. Apa pun yang telah dicapai dalam hal ini tidak kurang dari spektakuler.

Beberapa karakteristik yang ditingkatkan dengan setiap generasi baru switching MOSFET:

• R _{DS lebih rendah, aktif} - Karena meminimalkan kerugian konduksi berarti memaksimalkan efisiensi secara keseluruhan.
• Kapasitansi yang kurang parasit - Karena muatan yang lebih sedikit di sekitar gerbang membantu mengurangi kerugian mengemudi dan meningkatkan kecepatan switching; lebih sedikit waktu yang dihabiskan dalam transisi switching berarti lebih sedikit kerugian switching.
• Kurang waktu pemulihan terbalik dioda internal; ditautkan dengan peringkat dV / dt yang lebih tinggi - Ini juga membantu mengurangi kerugian switching, dan ini juga berarti Anda tidak dapat menghancurkan MOSFET dengan mudah ketika Anda memaksanya untuk mematikan dengan sangat, sangat cepat.
• Kekasaran longsor - Dalam beralih aplikasi, selalu ada induktor yang terlibat. Memutus arus ke induktor berarti menciptakan lonjakan tegangan besar. Jika snubbed buruk atau sepenuhnya tidak dijepit, paku akan lebih tinggi dari peringkat tegangan maksimum MOSFET. Peringkat longsor yang baik berarti Anda mendapatkan bonus tambahan sebelum kegagalan katastropik akan terjadi.

Namun, ada satu gotcha yang tidak begitu terkenal untuk aplikasi linear MOSFET yang telah menjadi lebih jelas dengan generasi baru mereka:

• FBSOA (area operasi aman bias maju), yaitu kemampuan penanganan daya dalam mode operasi linier.

Memang, ini adalah masalah dengan semua jenis MOSFET, lama dan baru, tetapi proses yang lebih lama sedikit lebih memaafkan. Ini adalah grafik yang memiliki sebagian besar informasi yang relevan:

Sumber: APEC, IRF

Untuk tegangan gerbang-ke-sumber yang tinggi, peningkatan suhu akan menyebabkan peningkatan resistensi-on, dan penurunan arus drain. Untuk beralih aplikasi, ini sempurna: MOSFET didorong ke saturasi yang baik dengan _GS V tinggi . Pikirkan tentang MOSFET paralel, dan perlu diingat bahwa MOSFET tunggal memiliki banyak MOSFET paralel kecil pada chipnya. Ketika salah satu MOSFET ini menjadi panas, ia akan memiliki peningkatan resistensi, dan lebih banyak arus akan "diambil" oleh tetangganya, yang mengarah ke distribusi keseluruhan yang baik tanpa titik api. Luar biasa.

Untuk V _GS lebih rendah dari nilai di mana dua garis bersilangan, disebut crossover suhu nol (lih. App'note IRF 1155 ), bagaimanapun, peningkatan suhu akan menyebabkan penurunan R _{DS, pada} , dan pada peningkatan arus drain. Di sinilah pelarian termal akan mengetuk pintu Anda, bertentangan dengan kepercayaan populer bahwa ini adalah fenomena hanya-BJT. Titik-titik panas akan terjadi, dan MOSFET Anda dapat dihancurkan sendiri dengan cara yang spektakuler, membawa serta beberapa sirkuit indah di lingkungannya.

Rumor mengatakan bahwa perangkat MOSFET lateral yang lebih lama memiliki karakteristik transfer yang lebih baik di MOSFET internal, paralel, on-chip dibandingkan dengan perangkat parit yang lebih baru yang dioptimalkan menuju karakteristik yang disebutkan di atas yang penting untuk berpindah aplikasi. Ini selanjutnya didukung oleh kertas yang telah saya tautkan , yang menunjukkan bagaimana perangkat yang lebih baru memiliki V _{GS yang} bahkan lebih tinggi untuk titik crossover suhu nol.

Singkat cerita: Ada MOSFET daya yang lebih cocok untuk aplikasi linier atau aplikasi switching. Karena aplikasi linier menjadi sesuatu seperti aplikasi niche, misalnya untuk sink saat ini yang dikontrol tegangan , diperlukan kehati-hatian ekstra terhadap grafik untuk area pengoperasian aman yang bias maju ( FB-SOA ). Jika tidak mengandung garis untuk operasi DC, ini adalah petunjuk penting bahwa perangkat kemungkinan tidak akan berfungsi dengan baik dalam aplikasi linier.

Berikut ini satu lagi tautan ke makalah oleh IRF dengan ringkasan yang bagus tentang sebagian besar hal yang telah saya sebutkan di sini.