Qual è la differenza tra i transistor ad effetto di campo (FET) commercializzati come switch rispetto agli amplificatori?

Ad esempio, il JFET J108 è elencato come "N-Channel Switch" e il foglio dati menziona l'RDS sulla resistenza, mentre il J201 JFET è elencato come "Amplificatore per uso generico N-Channel" (e la resistenza on dovrebbe essere dedotto dalle curve IDS?)

C'è una differenza nel modo in cui questi sono progettati e prodotti? Un tipo può essere generalmente utilizzato nell'altra applicazione, ma non viceversa?

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Esistono varie scelte che possono essere fatte nella progettazione dei transistor, con alcuni compromessi che sono migliori per il cambio di applicazioni e altri per applicazioni "lineari".

Gli switch sono destinati a trascorrere la maggior parte del loro tempo completamente acceso o completamente spento. Gli stati on e off sono quindi importanti con la curva di risposta degli stati intermedi non troppo rilevante.

Per la maggior parte delle applicazioni, la corrente di dispersione allo stato spento della maggior parte dei transistor è abbastanza bassa da non avere importanza. Per le applicazioni di commutazione, uno dei parametri più importanti è quanto "acceso" è, come quantificato da Rdson in FET e la tensione di saturazione e la corrente in bipolari. Questo è il motivo per cui il cambio di FET avrà le specifiche Rdson, non solo per mostrare quanto sono bravi a essere completamente acceso, ma perché questo è anche importante per i progettisti del circuito per sapere quanta tensione cadranno e calore che dissiperanno.

I transistor usati come amplificatori per uso generale operano nella regione "lineare". Potrebbero non essere così lineari nelle loro caratteristiche, ma questo è il nome usato nel settore per indicare l'intervallo intermedio in cui il transistor non è né completamente acceso né completamente spento. In effetti, per l'uso dell'amplificatore non si vuole mai colpire completamente nessuno degli stati limite. Il Rdson non è quindi così rilevante poiché si prevede di non essere mai in quello stato. Tuttavia, si desidera sapere come il dispositivo reagisce alle varie combinazioni di tensione di gate e tensione di drain perché si prevede di utilizzarlo in un ampio continuum di quelli.

Ci sono dei compromessi che il progettista di transistor può fare per favorire una risposta più proporzionale alla tensione di gate rispetto alla migliore resistenza efficace. Questo è il motivo per cui alcuni transistor sono promossi come switch rispetto a operazioni lineari. I fogli dati si concentrano quindi anche sulle specifiche più rilevanti per il progettista del circuito per l'uso previsto.

Per i MOSFET di potenza, esiste una buona regola empirica che indica che più nuova è la parte, migliore è l'ottimizzazione per le applicazioni di commutazione. Inizialmente, i MOSFET venivano utilizzati come elementi di passaggio nei regolatori di tensione lineari (nessuna corrente di base che degrada le perdite a vuoto o l'efficienza complessiva) o gli amplificatori audio di classe AB. Oggi, la forza trainante per lo sviluppo di nuove generazioni di MOSFET è, ovviamente, l'ubiquità degli alimentatori a commutazione e il continuo progresso verso il controllo del motore con convertitori di frequenza. Qualunque cosa sia stata raggiunta in questo senso non è altro che spettacolare.

Alcune delle caratteristiche che sono state migliorate con ogni nuova generazione di MOSFET a commutazione:

• R _DS inferiore _{, attivo} - Perché minimizzare le perdite di conduzione significa massimizzare l'efficienza complessiva.
• Meno capacità parassita - Perché meno carica attorno al cancello aiuta a ridurre le perdite di guida e aumenta la velocità di commutazione; meno tempo impiegato nelle transizioni di commutazione significa minori perdite di commutazione.
• Meno tempo di recupero inverso del diodo interno; collegato con un rating dV / dt più elevato - Ciò aiuta anche a ridurre le perdite di commutazione e significa anche che non è possibile distruggere il MOSFET con la stessa facilità quando lo si forza a spegnersi davvero, molto velocemente.
• Robustezza da valanga: nelle applicazioni di commutazione è sempre coinvolto un induttore. Tagliare la corrente a un induttore significa creare grandi picchi di tensione. Se scarsamente snobbato o completamente non serrato, i picchi saranno più alti della tensione massima del MOSFET. Un buon punteggio valanghe ti consente di ottenere qualche bonus extra prima che si verifichi un guasto catastrofico.

Tuttavia, esiste un gotcha non così noto per le applicazioni lineari dei MOSFET che è diventato più pronunciato con le loro nuove generazioni:

• FBSOA (area operativa sicura orientata in avanti), ovvero capacità di gestione della potenza in modalità operativa lineare.

Certo, questo è un problema con qualsiasi tipo di MOSFET, vecchio e nuovo, ma i processi più vecchi erano un po 'più tolleranti. Questo è il grafico che contiene la maggior parte delle informazioni rilevanti:

Fonte: APEC, IRF

Per un'alta tensione gate-to-source, un aumento della temperatura comporterà un aumento della resistenza di accensione e una diminuzione della corrente di drain. Per le applicazioni di commutazione, questo è semplicemente perfetto: i MOSFET sono guidati in una buona saturazione con un V _GS elevato . Pensa ai MOSFET in parallelo e tieni presente che un singolo MOSFET ha molti piccoli MOSFET in parallelo sul suo chip. Quando uno di questi MOSFET si surriscalda, avrà una maggiore resistenza e una maggiore quantità di corrente sarà "presa" dai suoi vicini, portando a una buona distribuzione complessiva senza punti caldi. Eccezionale.

Per un V _GS inferiore al valore in cui si incrociano le due linee, chiamato crossover a temperatura zero (cfr. App'note 1155 di IRF ), tuttavia, un aumento della temperatura porterà ad una riduzione di _{DS DS, attiva} e ad una maggiore corrente di drain. È qui che la fuga termica busserà alla tua porta, contrariamente alla credenza popolare che questo sia un fenomeno solo BJT. Si verificheranno punti caldi e il tuo MOSFET può autodistruggersi in modo spettacolare, portando con sé alcuni dei meravigliosi circuiti nel suo quartiere.

Si dice che i vecchi dispositivi MOSFET laterali presentassero meglio le caratteristiche di trasferimento attraverso i loro MOSFET interni, in parallelo, su chip rispetto ai nuovi dispositivi di trincea ottimizzati per le caratteristiche sopra menzionate importanti per le applicazioni di commutazione. Questo è ulteriormente supportato dal documento a cui ho già collegato , che mostra come i dispositivi più recenti abbiano un V _GS ancora crescente per il punto di crossover a temperatura zero.

Per farla breve: ci sono MOSFET di potenza che sono più adatti per applicazioni lineari o applicazioni di commutazione. Poiché le applicazioni lineari sono diventate qualcosa di simile a un'applicazione di nicchia, ad esempio per i dissipatori di corrente a controllo di tensione , è necessaria un'ulteriore attenzione al grafico per l'area operativa sicura orientata in avanti ( FB-SOA ). Se non contiene una riga per il funzionamento DC, questo è un suggerimento importante che il dispositivo probabilmente non funzionerà bene nelle applicazioni lineari.

Ecco un altro link a un articolo di IRF con un buon riassunto della maggior parte delle cose che ho menzionato qui.