Quando um MOSFET é mais apropriado como switch do que um BJT?

Na minha experiência, usei apenas BJTs como interruptores (para ligar e desligar coisas como LEDs e outros) nas minhas saídas MCU. Disseram-me repetidamente, no entanto, que os MOSFETs de modo de aprimoramento de canal N são uma opção melhor para comutadores (veja aqui e aqui , para exemplos), mas não sei ao certo por que. Eu sei que um MOSFET não gasta corrente no portão, onde a base de um BJT, mas isso não é um problema para mim, pois não estou usando baterias. Um MOSFET também não requer resistor em série com o gate, mas geralmente requer um resistor de pulldown para que o gate não flutue quando o MCU é reiniciado (certo?). Nenhuma redução na contagem de peças, então.

Parece não haver um grande excedente de MOSFETs no nível lógico que podem alternar a corrente que os BJTs baratos podem (~ 600-800mA para um 2N2222, por exemplo), e os que existem (TN0702, por exemplo) são difícil de encontrar e significativamente mais caro.

Quando um MOSFET é mais apropriado que um BJT? Por que me dizem continuamente que devo usar MOSFETs?

Os BJTs são muito mais adequados que os MOSFETs para acionar LEDs de baixa potência e dispositivos similares das MCUs. Os MOSFETs são melhores para aplicativos de alta potência porque podem alternar mais rapidamente que os BJTs, permitindo que eles usem indutores menores em fontes de comutação, o que aumenta a eficiência.

O BJT gasta alguma corrente sempre que é ligado, independentemente de a carga estar consumindo alguma coisa. Em um dispositivo alimentado por bateria, usar um BJT para alimentar algo cuja carga é altamente variável, mas geralmente baixa, acabará desperdiçando muita energia. Se um BJT é usado para alimentar algo com um consumo de corrente previsível (como um LED), esse problema não é tão ruim; pode-se simplesmente definir a corrente do emissor base como uma pequena fração da corrente do LED.

$R_{ds(on)}$$V_{ce(sat)}$

$V_{ce(sat)}$$0.4V - 1V$

$R_{ds(on)}$$1.25 \Omega$

Você pode ver que o VN2222 se dissipa muito menos na fonte de drenagem.

Além disso, como explicado anteriormente, o MOSFET é um dispositivo de transcondutância - a tensão no portão permite corrente através do dispositivo. Como o gate é de alta impedância para a fonte, você não precisa de corrente constante no gate para influenciar o dispositivo - você só precisa superar a capacitância inerente para carregar o gate e, em seguida, o consumo do gate se torna minúsculo.

Os BJTs são mais adequados em algumas situações porque geralmente são mais baratos. Posso comprar BJTs TO92 por 0,8p cada, mas os MOSFET não começam até 2p cada - pode não parecer muito, mas pode fazer uma grande diferença se você estiver lidando com um produto sensível a custos com muitos deles.

Os dispositivos FET com quase nenhuma corrente de entrada (corrente de porta) são a melhor escolha para os LEDs acionados pelo microcontrolador, pois o microcontrolador não precisa fornecer muita corrente através de sua matriz, mantendo-se fresco (menos dissipação de calor no chip) enquanto a corrente do LED é quase toda acionada pelo canal FET externo. Sim, também é verdade que o Ron dos dispositivos FET típicos é muito baixo, mantendo uma queda de tensão baixa no FET, o que é vantajoso para aplicações de baixa potência.

No entanto, há alguma desvantagem quando se trata de imunidade a ruídos no portão do MOSFET, o que pode não ser o caso dos BJTs. Qualquer potencial (ruído) aplicado no portão do MOSFET fará com que o canal seja conduzido até certo ponto. Não é altamente (mas ainda adequado) usar o Mosfet para acionar as bobinas do relé com baixo Vt (limite). Nesse caso, se o seu microcontrolador estiver dirigindo o FET, convém obter um FET com Vt mais alto (limite).

Os MOSFETs são mais robustos para requisitos de alta corrente. Por exemplo, o Mosfet com classificação de 15A pode passar 60A (fe IRL530) de corrente por um curto período. O BJT com classificação de 15A pode passar apenas pulsos de 20A. Os Mosfets também têm uma melhor junção térmica para resistir ao caso, mesmo que tenham um dado menor.