¿Por qué se utilizan transistores bipolares para aplicaciones de conmutación?

Noté que muchos sitios dirigidos a aficionados recomiendan transistores bipolares (principalmente NPN) para encender y apagar cosas. Los transistores bipolares definitivamente tienen sus propósitos, especialmente en los circuitos analógicos, pero si desea cambiar un relé, por ejemplo, es mucho más fácil trabajar con un MOSFET con muchas menos desventajas.

Pueden cambiar fácilmente muchos amperios de corriente sin requerir corriente ellos mismos. Ellos (casi) no bajan el voltaje a través de la fuente y el drenaje, lo que significa que no se calentarán incluso con corrientes altas y son tan baratos como los transistores bipolares.

¿Existe alguna ventaja en el uso de transistores bipolares en las aplicaciones de conmutación que estoy supervisando?

ACTUALIZAR:

  • Los sitios de los que estaba hablando eran Adafruit y sitios similares.
  • Realmente nunca miré las partes THT ya que solo trabajo con partes SMD en el trabajo. Acabo de comprobar Digi-Key y, aunque tienen FET SMD muy buenos y baratos, su selección de FET THT es muy limitada, mucho más cara y con voltajes de accionamiento más altos... Supongo que los FET THT solo se utilizan comercialmente para impulsar corrientes realmente altas.
  • En resumen, podría decir que dado que los aficionados normalmente se limitan a THT, los BJT adecuados son más fácilmente accesibles y un poco menos sensibles a la ESD mientras juegan.
  • Básicamente, solo quería saber si me faltaba algo y si debería usar BJT sobre FET en el trabajo en algunos casos.
¿Qué edad tienen estos "muchos sitios". Si son lo suficientemente antiguos, es posible que los MOSFET de nivel lógico no hayan sido comunes y, por lo tanto, la única opción si deseaba usar una MCU para controlar un transistor era un BJT que requiere solo 0.7V. Me han dicho que los BJT también son (o al menos eran más baratos). Antes de mi tiempo.
Por favor enlace a uno de esos sitios.
De acuerdo con este artículo que compara los tipos de transistores allaboutcircuits.com/technical-articles/… el BJT es adecuado para aplicaciones de mayor voltaje en comparación con el FET.
¿Cuántos amperios quieres poner a través de la bobina del relé? Cuando se maneja un relé, la potencia total disipada (por la bobina del relé y el conmutador) es casi la misma, ya sea que se use un mosfet o un bjt. A 50 mA, un bjt disipa alrededor de 35 mW, lo cual no es gran cosa. Un bjt barato funciona fácilmente desde menos de 3V hasta más de 30V. A menudo, esto también es una ventaja cuando se manejan mosfets de potencia.
Karsten, hay algunas razones, como la disponibilidad y el costo. Por ejemplo, solo soy un aficionado, no un profesional, y compro PN2222A a precios bajísimos ocasionales de 0,34 centavos cada uno en 2000 cant. (Alrededor de $ 7.) Los MOSFET nunca están dentro de un orden de magnitud. Y los BJT son apropiados en ciertas corrientes y ciertos voltajes.
Karsten, pero para ver un ejemplo en el que los MOSFET serían casi imposibles de usar, recientemente escribí sobre una aplicación de conmutación BJT discreta de este tipo . (Estos dos BJT se usan como interruptores, no como amplificadores analógicos). Me encantaría ver cómo lograría esto con MOSFET discretos. Darle un giro. Dígame si cree que hay alguna posibilidad de lograr esto con MOSFET sin circuitos circundantes increíblemente complejos. (Los MOSFET también tienen situaciones únicas que los BJT no pueden hacer. Temporización RC de baja fuga, por ejemplo).
@jonk Sí, eso es cierto. Puede conducir BJT desde una fuente de voltaje casi referenciada a tierra siempre que elija la resistencia correcta.
@DKNguyen En ese caso, están proporcionando un riel de voltaje bien protegido para un adaptador de baja potencia conectado externamente. Es autolimitante y se puede cortocircuitar accidentalmente con un destornillador con poco daño o riesgo de daño. También proporciona un riel de voltaje interno bien protegido similar que es casi idéntico en valor al externo, pero para la placa en sí, donde el límite es permisiblemente más alto. Hace todo esto con solo dos BJT y una resistencia. Incluso considerar esto con MOSFET discretos sería una pesadilla.
Debido a que son bipolares, está en su naturaleza cambiar de un lado a otro.

Respuestas (4)

1: Los bipolares son más baratos, así que puedes hacer experimentos más grandes con el mismo presupuesto.

2: Los bipolares no mueren de muerte instantánea por ESD Por lo tanto, hay menos riesgo de que el usuario renuncie a la electrónica porque "nada funciona como se describe".

3: los bipolares son lo suficientemente buenos para muchas tareas. V_ce(sat) < 0.1V es típico

4: la mayoría de los MOSFET "lógicos" necesitan voltajes de accionamiento inconvenientes para obtener un accionamiento de 5 V de una raspberry pi se necesitará un MOSFET adicional.

5: Los MOSFET que existen para la operación de 3.3V son terribles en comparación con los BJT, cuestan diez veces más y no son ni la mitad de buenos.

En general, los FET requieren voltajes de accionamiento mucho más altos que los BJT. Digamos que tiene un circuito que funciona con 5 voltios y desea cambiar un relé. Si obtiene un relé de 5 voltios, puede usar un BJT y todo funcionará con 5 voltios en el lado del control. El voltaje base de un BJT es solo alrededor de 1 voltio, por lo que tiene alrededor de 4 voltios para trabajar en el desarrollo de la unidad base. De acuerdo, es posible que deba proporcionar una gran cantidad de corriente base (ya que los BJT generalmente desean cambiarse a una relación de corriente base / colector de aproximadamente 1:10).

Si no está utilizando FET de nivel lógico, debe proporcionar algo así como 10 a 15 voltios en la puerta para garantizar que el FET esté completamente encendido. Hacer esto con un suministro de 5 voltios (o incluso una batería de 9 voltios) no es algo que vaya a funcionar bien.

Por lo tanto, los circuitos para principiantes generalmente operarán con un voltaje de suministro único y relativamente bajo, y eso le da una enorme ventaja al uso de bipolares.

+1, pero es poco probable que "tenga que proporcionar una gran cantidad de corriente base" en la mayoría de los casos. Si está cambiando un relé en primer lugar, definitivamente dominará el consumo de corriente de esa parte del circuito. Y conducir eso desde una MCU o algo así solo toma un par trivial de Darlington.

En mi opinión, el mayor problema aquí es que los fabricantes siguen fabricando los mismos componentes de orificio pasante que siempre han fabricado, pero tienden a no molestarse en empaquetar sus nuevos componentes geniales en el orificio pasante.

En particular, lo mejor que puedo decirle es que simplemente no puede obtener un mosfet de conmutación de 3,3 V decente en un paquete pequeño de orificio pasante o, al menos, si puede, no es fácil encontrarlo con los parámetros del proveedor.

Fui a mouser y establecí una búsqueda de mosfets con menos de medio ohmio de RDSon. Desafortunadamente, los parámetros no le dicen a qué voltaje se midió RDSon. Entonces, como indicador para descartar piezas diseñadas para un voltaje más alto, seleccioné un voltaje de umbral de 1,5 voltios o menos. Luego lo restringí aún más a los paquetes SOT23 . Obtuve alrededor de cien resultados. Desafortunadamente, los paramétricos no le dicen que desea el voltaje en el que se midió el RDSon, pero al examinar algunas hojas de datos se encontraron varias piezas con un precio de £ 0.277 cada una con un RDSon aceptablemente bajo a 3.3V

En comparación, cuando seleccioné to-92, obtuve un total de 2 resultados. Ninguno de ellos especificó un valor RDSon para voltajes menores a 4.5V.

(Desafortunadamente, stackexchange parece estar alterando los enlaces anteriores, funcionan en la vista previa de edición pero no en la publicación publicada).

Los enlaces funcionan bien aquí (usando Firefox 52.9.0)
Parece ser extrañamente poco confiable, a veces el enlace funciona correctamente, a veces deja caer algunas de las paramétricas que seleccioné.
Quizás su navegador está truncando los enlaces. Su primer enlace tiene 504 caracteres y el segundo tiene 465 caracteres.
Es extraño, los enlaces funcionan de manera confiable si presiono el botón de edición y sigo los enlaces en la vista previa, pero no de otra manera. Y sí, los enlaces son muy largos, parece que mouser traduce una búsqueda paramétrica "menor o igual que" a una lista de valores en la URL, traté de usar una URL más corta pero stackexchange me impidió hacerlo.

Los transistores bipolares definitivamente tienen sus propósitos, especialmente en los circuitos analógicos, pero si desea cambiar un relé, por ejemplo , un MOSFET es mucho más fácil de trabajar con muchas menos desventajas .

No estoy seguro de que eso sea realmente cierto. La corriente es generalmente lo suficientemente baja como para que un transistor bipolar genérico funcione bien. Necesita una resistencia base, pero un FET también puede necesitar una resistencia para llevar la puerta a tierra cuando la entrada está flotando (por ejemplo, cuando se inicia una MCU o se desconecta un cable de señal). Los bipolares tienden a ser más robustos en presencia de picos de alto voltaje (como cuando olvidó colocar un diodo en la bobina del relé), y el voltaje de accionamiento requerido y la corriente de salida máxima se pueden configurar (aproximadamente) a través de la resistencia base. Los bipolares funcionan en una amplia gama de voltajes, desde menos de 1 V hasta 40 V o más, mientras que los FET de bajo voltaje de encendido generalmente están limitados a 20 V o menos y aún necesitan un controlador de compuerta de 2,5 V para un funcionamiento confiable.

Otra razón por la que un aficionado podría preferir los bipolares es que son más versátiles. La mayoría de los MOSFET solo se pueden usar como interruptores, mientras que los bipolares también se pueden usar como amplificadores, etc. Esto también se aplica a los productos comerciales. Si tiene un diseño que necesita algunos bipolares, entonces puede ser más barato y/o más conveniente usarlos para todo, debido al precio unitario más bajo en grandes cantidades, menores costos de manejo y almacenamiento, etc., y una mayor cantidad de sustitutos que hace el suministro es menos preocupante (un problema que está recibiendo mucha más atención en estos días...).

~Hace 45 años compré algunos paquetes baratos de 100 transistores bipolares. Algunos se han reciclado varias veces y siguen siendo tan útiles hoy como lo eran en 1976.

Estoy de acuerdo en que los bipolares son más versátiles. Tal vez es solo que nunca necesito nada de esa versatilidad y solo necesito interruptores simples (que realmente cambian a 0V y no a 0.7V o más). Llegué a la conclusión de que probablemente se deba a que los MOSFET THT son mucho más raros de lo que pensaba. No me di cuenta de esto, porque de todos modos solo uso piezas SMD en mis diseños.
¿Por qué se utilizan transistores bipolares para aplicaciones de conmutación?
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