Risposta parziale - potrebbe richiedere molto tempo - potrebbe aggiungere altro in seguito:
Le scelte in questo contesto sono generalmente bipolari o MOSFET. Una volta arrivato a JFET potresti anche pensare a SCR / TRIAC, IGBT, .... Potresti voler gettare Darlington bipolare nel mix.
Breve: va qualcosa come -
I piccoli bipolari fino a 500 mA e la tensione di carico di 30 Volt sono a basso costo, possono essere pilotati da 1 V di tensione di azionamento, hanno bisogno di correnti di azionamento disponibili dalla maggior parte dei processori e ampiamente disponibili.
L'affondamento di calore quando eseguito in modalità di accensione / spegnimento non è di solito necessario o è modesto (rame PCB modesto in genere sufficiente) e pacchetti di dimensioni SOT23 o TO92 sono generalmente adeguati. Quando i carichi lineari sono guidati e la dissipazione aumenta, sono richiesti prodotti VI inferiori e / o un migliore dissipazione del calore e / o pacchetti più grandi.
Frequenze di 10 di kHz sono disponibili con un singolo drive resistore, 100 di kHz con un drive RC leggermente più complesso e basso MHz con più attenzione. Ancora più in alto diventa specialista
La facilità d'uso in questa gamma è generalmente buona o migliore dei MOSFET e il costo è inferiore.
Per correnti da circa 500 mA a 10 di ampere da 10 a 100+ Volt, un MOSFET è spesso più facile da usare in generale. Per la commutazione CC o a bassa frequenza (diciamo <1 kHz) è possibile utilizzare un gate gate CC diretto a livelli tipici di microcontrollore con parti selezionate.
Con l'aumentare delle frequenze, sono necessari driver più complessi per caricare e scaricare la capacità del gate (in genere intorno a NF) in tempi sufficientemente brevi da mantenere le perdite di commutazione durante la transizione sufficientemente basse da essere accettabili. Nella gamma da 10 kHz a 100 kHz sono sufficienti semplici driver con 2 o 3 BJT di tipo jellybean. (Quindi hai bisogno di 2 o 3 BJTS aggiunti se usi un MOSFET). Sono disponibili circuiti integrati per driver specialistici, ma di solito non necessari o giustificati in termini di costi
Per tensioni più elevate e / o frequenze più alte i bipolari iniziano a vincere di nuovo.
Esistono bipolari specializzati come dispositivi di uscita della linea TV (che cos'è? :-)) che funzionano a circa 1 kV con una Beta di circa 3 (!!!). Come potenza di base ~ = Vdrive x Idrive e Vload >>> Vbase non importa troppo che Ibas ~ = Iload.
Un IGBT è un tentativo (di solito riuscito) di correre con le lepri e cacciare con i cani da caccia - utilizza uno stadio di ingresso MOSFET per ottenere una bassa potenza del convertitore e uno stadio di uscita bipolare per ottenere alta tensione a prestazioni ad alta frequenza.
I transistor Darlington (due bipolari "in serie") (propriamente, probabilmente, "coppia Darlington") hanno Betas molto alti (1000+ comuni) con la penalità di Vdrive = 2 x Vbe (al contrario di 1 x Vbe per un singolo BJT) e Vsat> Vbe del transistor di uscita e una spiccata riluttanza a spegnersi se spinti duramente in saturazione. Limitare l'unità di base per arrestare il rallentamento della saturazione aumenta ulteriormente Vast_minimum.
Il mio tempo preferito Olde ma utile regolatore di commutazione MC34063 include un driver di uscita incredibilmente capace che è una coppia Darlington. Può essere utile, ma la saturazione deve essere evitata alla sua massiccia [tm] ~ 100 kHz a piena velocità, quindi l'efficienza soffre a bassa alimentazione quando la Volt + della saturazione in uscita riduce significativamente la tensione del convertitore di carico.
Un piccolo transistor darlington può essere pilotato da circa 1,5 V (meglio) a normalmente <= 1 mA per Amp di carico. Se la saturazione dell'uscita è accettabile, possono essere molto utili.
Gli utili e popolari circuiti integrati driver esagonali e ottali ULN200x e ULN280x utilizzano darlingtons open collector, con una capacità di 500 mA per canale (non tutti in una volta, idealmente). Esistono diverse versioni della tensione di ingresso e alcune sono adatte per l'azionamento diretto del processore senza nemmeno un resistore. ULM2003 e ULN2803 sono i più noti ma non necessariamente i più utili nelle applicazioni con unità di elaborazione.
Le considerazioni includono ma non sono certamente limitate a livello di potenza, tensione del convertitore, tensione di carico, livello del convertitore disponibile, velocità di commutazione, semplicità richiesta, dissipatore di calore, efficienza, volume di produzione e commerciale / hobbista, costo, ....
A bassi livelli di potenza e tensioni modeste, diciamo 10 volt di volt e meno di 500 mA (e forse fino a pochi ampere), i piccoli bipolari possono essere una buona scelta. La corrente di azionamento è di circa Iload / Beta (Beta = guadagno di corrente) ed è disponibile una Beta 0f da 100 a 250 a 500 mA con parti con prestazioni migliori e 500+ con quelle specializzate. Un BC337-400 ad es. (Il mio tipple TO92 BJT preferito) ha Beta di 250-600 che ha sqrt (250 x 600) ~~ = 400 da cui il nome della parte. La Beta "garantita" di 250 (controllare la scheda tecnica) consente un carico di 250 mA per mA di azionamento. Con un'unità da 2 mA - disponibile dalla maggior parte ma non da tutti i processori - è possibile ottenere una corrente di carico di 500 mA, sebbene più unità non vadano fuori strada. Ciò è possibile con tensioni di azionamento pari o superiori a 1 V, quindi un processore in esecuzione su 3 V3 o anche 2 V probabilmente lo gestirà correttamente. I MOSFET con Vgsth (tensione di soglia del gate) sufficientemente bassa possono funzionare a queste tensioni di azionamento, ma diventano più rari e più specialistici al di sotto di alcuni volt. La tensione minima richiesta per il convertitore di frequenza è di solito volt o pochi sopra Vgsth (vedere la scheda tecnica in OGNI caso).
I bipolari hanno cadute di tensione di stato (Vsat) dipendenti dalla corrente di carico, dalla corrente del convertitore e dal tipo di dispositivo specifico. Un Vsat di qualche decimo di Volt a corrente nominale sarebbe molto buono, 500 mV probabilmente tipico e più alto per nulla sconosciuto. Un MOSFET ha una resistenza Rdson piuttosto che Vsat. Rdson dipende dalla tensione del convertitore, dalla corrente di carico e dal dispositivo (almeno). Rdson aumenta con la temperatura e può raddoppiare rispetto ai valori di temperatura ambiente. Prestare la dovuta attenzione: le schede tecniche USOALMENTE imbrogliano e forniscono a Rdson carichi pulsati e indicano un ciclo di lavoro dell'1% e una frequenza sufficientemente bassa da consentire il raffreddamento dello stampo tra gli impulsi. Molto cattivo. Doppio valore pubblicato come regola empirica quando usato "in rabbia", anche se alcune parti gestiscono dicono solo un aumento del 20% rispetto alla temperatura ambiente e massima - vedere la scheda tecnica in ciascun caso.
Un bipolare con 100 mV Vsat a 500 mA ha una resistenza equivalente di R = V / I = 0,1 / 0,5 = 200 milliOhms. La figura di Tjis è molto facilmente migliorata da MOSFET, con Rdson di 50 milliOhms comuni, meno di 5 milliOhm ragionevolmente disponibili e meno di 1 milliOhm per persone con bisogni speciali e portafogli più grandi.
Aggiunto: questo è lungo e utile quando hai bisogno di espansione su 2 punti dalla risposta di Andy Aka.
@Andy aka nella sua risposta fa due ottimi punti che mancano nella mia risposta sopra. Mi sono concentrato di più sulla commutazione e sul caricamento degli aspetti di guida.
Andy sottolinea (non proprio in queste parole) che:
(1) La tensione tra ingresso e uscita su un "follower sorgente" MOSFET è meno definita e molto più dipendente dal dispositivo rispetto a un BJT. Se utilizzato come follower di emettitori in cui la tensione di "riferimento" viene applicata alla base e la tensione di uscita prelevata dall'emettitore, un BJT scende "circa" 0,6 V cc dalla base al collettore durante il funzionamento tipico. Tensioni da un minimo di circa 0,4 V e un massimo di 0,8 V sono previsti in progetti estremi (corrente molto bassa o molto alta). Un follower della sorgente MOSFET con riferimento al gate e uscita dalla sorgente lascerà cadere almeno Vgsth da gate a source + qualunque sia la tensione di gate aggiuntiva necessaria per supportare la corrente assorbita - in genere da 0,1 a 1 volt in più ma potrebbe essere 2V + con carico elevato o esempi di dispositivi a bassa specifica. Vgsth dipende dal dispositivo e varia da circa 0. 5 V per dire 6 V + ed è in genere da 2 a 6 V. Quindi il calo del follower della sorgente può variare da circa 0,5 V (raro) a 7 V + (raro).
(2) Un transistor è un dispositivo a 1 quadrante (ad es. NPN = Gate + ve, collector + ve, entrambi emettitori wrt per accensione MA il locus negativo "indefinito" dell'asse Y (base ZERO, negativo del collettore, tende a non essere conduttivo per una tensione dipendente dal dispositivo ma "alcuni volt" è normale. Un MOSFET a polarizzazione inversa presenta un diodo di substrato a diodo anteriore attraverso i terminali della sorgente di drain quando il MOSFET è spento e una buona approssimazione a un piccolo condensatore quando il MOSFET è spento ma polarizzato in avanti. , un segnale CA superiore a circa 0,8 V picco-picco viene sempre più tagliato sui semicicli di polarizzazione inversa all'aumentare della tensione. Questo effetto può essere superato collegando due MOSFET dello stesso tipo in opposizione in serie. Porte collegate come Vin, fonti collegate come punto medio fluttuante, scarichi come vin e vout in entrambe le polarità.Questa disposizione rende uno switch davvero fantastico e utile e porta anche a qualche grattacapo da parte di coloro che non si rendono conto che un MOSFET è attivo nei quadranti 1 e 3 (per un quadrante FET N Channel 1 = DS +, SG +. Quadrant 3 = DS - SG +).