1) Power FET's e Darlingtons são dois animais diferentes. Um BJT funciona melhor como um dispositivo linear que é controlado precisamente pela CORRENTE. Os BJT possuem inerentemente larguras de banda mais altas que os FET e geralmente são mais baratos para transporte de corrente idêntico. Além disso, os BJTs podem produzir fontes de corrente constante excelentes e baratas, criando uma fonte de corrente constante simples, mas precisa, para dispositivos controlados por corrente sensíveis, como LEDs. As configurações de BJT e particularmente de Darlington permitem controlar com precisão uma corrente de saída na faixa de 0 a 10A + com tipicamente menos de 2 mA de um MCU com um resistor de corrente simples na base conectada a um pino do microcontrolador.
2) Para precisão usando um PNP Darlington, a corrente de base é referenciada ao terra, um pino de microcontrolador ainda pode ser usado, a saída é reduzida apenas para aterrar o resistor de base. Se a tensão de alimentação principal variar, um resistor sensor de corrente precisa ser usado para feedback para compensar. As correntes dos pinos do microcontrolador variam com a capacidade de fornecimento / naufrágio e as diferentes famílias de MCU terão diferentes capacidades. Um AVR de 5V típico pode originar / afundar até 20-30mA / pino sendo TTL, e os arduinos baseados em SAM como o DUE têm dois tipos de recursos de pinos: pinos de baixa e alta corrente, pinos de alta corrente que só podem fornecer 15mA / 9mA ( CMOS de baixa potência), lembre-se disso se você não estiver usando um amplificador operacional como buffer.
3) Embora os BJTs sejam ótimos para amplificar pequenos sinais com baixa distorção e controlem com precisão as altas correntes, os BJT produzem interruptores ruins; no entanto, mesmo se saturados, eles ainda apresentam quedas de tensão Vce acima de 2V, isso significa uma dissipação significativa de energia em altas correntes, o que significa produção significativa de calor. Mesmo se você tiver um Darlington capaz de lidar com 20A antes do ganho, tendo apenas 0,96A e temperatura ambiente de 30 ° C, estará em uma temperatura de junção de 150 ° C sem dissipador de calor.
4) Os MOSFETs de potência são quase o oposto dos BJTs em operação, eles são ótimos em serem interruptores, mas se não forem projetados com cuidado, resultarão em dispositivos de controle e amplificação de corrente linear fracos. Isso tem a ver com as capacitâncias de porta relativamente grandes que limitam a capacidade do FET de energia de ter altas larguras de banda. Os ICs especiais de controladores de portas podem lidar com as grandes correntes de carga / descarga ao energizar a capacitância de portas de um mosfet em altas frequências, mas também aumentam o custo / complexidade do projeto.
5) Os Mosfets normalmente têm regiões "lineares" muito menores do que os BJTs e têm virtualmente zero "on" de resistência, desde que as condições Vgs sejam atendidas para levar o MOSFET à saturação. Com a tensão "on" cai Vds na região mV, a única energia considerável que está sendo dissipada é quando o MOSFET está em transição de desligado para ligado e para trás. Um MOSFET de energia típico pode ter um ID contínuo de 40 A ou mais e não precisa de um dissipador de calor até você chegar perto da metade dessa classificação, porque a resistência do MOSFET quando ligada geralmente está na região de miliohms. Com uma temperatura ambiente de 30 ° C, um gabinete Mosfet TO-220 com RDSon de 0,01 Ohms (10 miliohms) seria capaz de dissipar os mesmos 2,4 W que um BJT baseado em TO-220 sem dissipador de calor, mas passaria 15,49A sem um dissipador de calor na mesma temperatura de junção 150C!
6) O uso de um Darlington em um gabinete TO-220 com um dissipador de calor de tamanho adequado pode controlar linearmente grandes correntes precisamente com apenas alguns mA de entrada / saída (NPN / PNP) de / para suas bases. Um Darlington também pode ser usado para amplificar pequenas correntes / sinais com precisão e com uma distorção muito baixa devido às suas regiões "lineares" maiores (ótimas para aplicações de potência de precisão DC-RF). Os Darlingtons são particularmente adequados como uma fonte de corrente constante, onde a ondulação da saída de uma fonte de comutação seria uma preocupação para o seu projeto. No entanto, isso tem um preço com grandes quedas de tensão de 2V ou mais no coletor e no emissor, levando a dissipações de alta potência. Os BJTs também são propensos a fugas térmicas sem que o design considerado seja um dispositivo de coeficiente de temperatura positivo.
7) Com um design cuidadoso, um mosfet pode ser feito para funcionar em sua região "linear" menor, mas dissipará perdas de energia semelhantes às de um BJT enquanto estiver operando dentro dessa região "linear". No entanto, os MOSFETs geralmente são dispositivos de coeficiente de temperatura negativo (eles são protegidos contra sobrecorrente). Eles são dispositivos sensíveis à estática (como todos os CMOS), portanto, devem ser tomadas precauções e o equipamento de ESD deve ser instalado ao manusear os FETs.
BJT PROs :
- relativamente simples de usar, fácil de controlar
- barato
- requer pouco circuito de suporte
- Operação de freqüência de rádio para DC
- não é sensível a ESD, não é necessário equipamento de precaução contra ESD para trabalhar com
BJT CONS :
- Ineficiente
- têm dissipações de energia relativamente altas (os dissipadores de calor são quase necessários)
- Tempco positivo pode levar a fuga térmica e destruir o transistor
- Necessita de resistores de "lastro" de alta potência e baixo valor para fazer paralelo
MOSFET PROS :
- Um RDSon muito baixo permite projetos de dissipação de alta potência e baixa corrente
- a corrente do portão ocorre apenas durante o carregamento / descarregamento da capacitância do portão
- Adequado para projetos de comutação de alta densidade de corrente com dissipadores de calor pequenos / sem
- pode ser paralelo sem resistores de "lastro" (apenas para comutação)
- MOSFETs de potência de porta de nível lógico com drivers de bomba de carga de porta integrados disponíveis
- A maioria são dispositivos temco negativos
MOSFET CONTRAS :
- A capacitância de porta relativamente grande limita a frequência de DC a ~ 10MHz
- Requer CIs especiais de acionamento por porta para FETs de alta frequência / alta potência
- Dispositivos altamente sensíveis a ESD, exigindo a compra de equipamento de precaução contra ESD
- Os MOSFETs de porta de nível lógico têm tempos de transição razoavelmente lentos Ton + Toff = avg ~ 44nS (22,7 MHz próximo ao limite superior) - não é realmente um golpe, a menos que a freqüência do MCU> ~ 44 MHz
Esperamos que isso possa esclarecer melhor a adequação da opção BJT vs MOSFET para uma determinada tarefa.