¿Cuál es la diferencia entre los transistores de unión bipolar (BJT) de pequeña señal comercializados como interruptores y amplificadores?

Por lo que recuerdo al leer el libro de datos de transistores de Motorola hace unos meses, los transistores de conmutación, como dijiste, tienen un pie más rápido y debido a esto, tienen una región lineal más pequeña. Los transistores de señal pequeña tienen un pie más lento, pero una región lineal más grande. Recientemente tomé una clase de VLSI que, lamentablemente, solo se centró en los MOSFET. A partir de esto, solo puedo suponer que la longitud de la región N en n PNP o la longitud de la región p en un NPN en un transistor de conmutación es más pequeña, por lo que es más fácil hacer que la región de agotamiento sea lo suficientemente grande como para que el transistor conduzca. También asumiría que lo contrario es cierto para los transistores de señal pequeña.

Una diferencia clave que la mayoría de las veces se deja de lado es que la mayoría de los dispositivos electrónicos ACTIVOS están diseñados, fabricados y PROBADOS (aceptados/rechazados) para cumplir con un conjunto muy específico de requisitos:

• Podemos llamar al conjunto anterior de requisitos objetivo PRIMARIO o IMPRESCINDIBLE, lo que significa que realmente necesitamos lograr un rendimiento muy bueno en estos requisitos para diferenciar nuestro dispositivo y hacerlo mejor que un dispositivo "estándar" o de referencia.
• Luego, hay un segundo grupo de requisitos, SECUNDARIOS o NICE TO TENER, que no se pueden pasar por alto, o nuestro dispositivo puede estar por debajo del dispositivo "estándar" en estos otros parámetros. La mayoría de las veces, el requisito secundario está en desacuerdo con los primarios, lo que significa que mejorar en uno de los parámetros primarios empeorará el parámetro secundario. En otras ocasiones, los requisitos secundarios son simplemente costosos de mejorar y no son realmente necesarios para nuestro mercado objetivo o aplicaciones.

Lo anterior sucede simplemente porque no es factible crear un dispositivo activo que sea el más adecuado para todas (muchas) las aplicaciones previstas.

Por ejemplo, y en referencia al diseño de BJT, para una tecnología de fabricación dada, la "conmutación de alto voltaje" (mayor ruptura de la base del colector de avalancha) necesitará un área de dopantes de difusión más alta, lo que a su vez hará que las capacitancias parásitas de entrada y salida sean más altas, y por lo que el BJT resultante será más lento que si decidimos no mejorar el BVcb. En este ejemplo simple, las características deseadas "mayor BVcb" y "tiempos de conmutación más rápidos" no se pueden mejorar simultáneamente. Como resultado, al diseñar un dispositivo muy lineal, sacrificaré un BVcb más alto para obtener un Ft más alto (ancho de banda de ganancia unitaria).

Volviendo a la pregunta original, hay TRES razones principales que explican por qué los fabricantes a veces "etiquetan" o subtitulan un dispositivo con adjetivos como "diseñado para aplicaciones de conmutación" o "amplificador lineal de uso general":

1. Algunos de los parámetros objetivo que tiene que optimizar para obtener el "mejor" dispositivo de conmutación bajo una tecnología de fabricación determinada son de poca utilidad o van en contra del mejor comportamiento del amplificador lineal: robustez de diodos/SCR internos parásitos, pico de corriente muy alto, Protección ESD, optimización del tiempo de almacenamiento y retardo, alto BVcb, estabilidad térmica...
2. Hoy en día, es común construir dispositivos discretos de alimentación/conmutación como muchos dispositivos internos conectados en paralelo. Esta técnica mejora naturalmente muchos de los parámetros anteriores que hacen un "buen dispositivo de conmutación", sin embargo, también hará que el dispositivo sea mucho menos lineal, literalmente.
3. ¡Precio! ¡Mejorar un parámetro que no es necesario para la aplicación de destino seguramente aumentará los costos! ¿Por qué? Porque el fabricante ahora tendrá que caracterizar el dispositivo también para los parámetros que no son realmente necesarios y, peor aún, RECHAZAR los dispositivos fabricados que no satisfagan el parámetro mencionado durante la fase de prueba. Esto reducirá el rendimiento del proceso de fabricación y aumentará los precios.

El último elemento, la caracterización y la prueba de un parámetro que no es realmente necesario, es fácil de detectar en muchas hojas de datos. Notará que muchos BJT de propósito general (amplificador lineal) no garantizan ni siquiera indican los valores esperados para los tiempos de almacenamiento y retardo. Por otro lado, la mayoría de las veces, los BJT de conmutación caracterizarán completamente los tiempos de conmutación, las formas de onda y los parámetros relacionados, pero no entrarán en muchos detalles ni representarán la variabilidad de las curvas hie/hfe/hoe.