Qual é a diferença entre pequenos transistores de junção bipolar de sinal (BJTs) comercializados como comutadores versus amplificadores?

Por exemplo, o MMBT3904 e MMBT3906 BJTs são listados como NPN / PNP transistores de comutação e as fichas mencionar os tempos de comutação, enquanto o BC846 e BC856 BJTs são listados como NPN / PNP transistores de propósito geral (e a velocidade de comutação teria que ser deduzido olhando para a frequência de transição f _t ?)

Além do óbvio (maior f _t para comutação de transistores): existe uma diferença na maneira como eles são projetados e fabricados? Geralmente, um tipo pode ser usado no outro aplicativo, mas não vice-versa?

E quanto a capacitância, linearidade e ruído de moleiro?

Existem certos truques na geometria do silício, ou concentração de dopantes?

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Pelo que me lembro ao ler o livro de dados de transistores da Motorola há alguns meses, os transistores de comutação, como você afirmou, têm um pé mais rápido e, por isso, eles têm uma região linear menor. Os transistores de sinal pequeno têm pés mais lentos, mas uma região linear maior. Recentemente, participei de uma aula de VLSI que, infelizmente, focava apenas em MOSFETs. A partir disso, posso apenas assumir que o comprimento da região N em n PNP ou o comprimento da região p em um NPN em um transistor de comutação é menor, portanto é mais fácil aumentar a região de depleção o suficiente para fazer o transistor conduzir. Eu também assumiria que o oposto é verdadeiro para pequenos transistores de sinal.

Uma diferença importante que na maioria das vezes é deixada de lado é que a maioria dos dispositivos eletrônicos ATIVOS é projetada, fabricada e TESTADA (aceita / rejeitada) para atender a um conjunto muito específico de requisitos:

• Podemos chamar o conjunto de requisitos de objetivo acima como PRIMARY ou MUST, o que significa que realmente precisamos obter um desempenho muito bom nesses requisitos para diferenciar nosso dispositivo e torná-lo melhor do que um dispositivo "padrão" ou de linha de base.
• Então, há um segundo grupo de requisitos, SECUNDÁRIO ou AGRADÁVEL, que não podem ser esquecidos, ou nosso dispositivo pode estar sob o dispositivo "padrão" nesses outros parâmetros. Na maioria das vezes, os requisitos secundários estão em desacordo com os primários, o que significa que melhorar um dos parâmetros primários piorará o parâmetro secundário. Em outras ocasiões, os requisitos secundários são simplesmente caros para melhorar e não são realmente necessários para o nosso mercado ou aplicações de tarifas.

O que foi dito acima acontece simplesmente porque não é possível criar um dispositivo ativo que seja mais adequado para todos (muitos) aplicativos pretendidos.

Por exemplo, e referindo-se ao projeto BJT, para uma determinada tecnologia de fabricação, a "comutação de alta tensão" (maior colapso da base de coletores de avalanches) precisará de uma área de dopantes de difusão mais alta, o que, por sua vez, aumentará as capacitações parasitas de entrada e saída, e portanto, o BJT resultante será mais lento do que se decidirmos não melhorar o BVcb. Neste exemplo simples, as características desejadas "BVcb mais alto" e "tempos de comutação mais rápidos" não podem ser aprimoradas simultaneamente. Como resultado, ao projetar um dispositivo muito linear, sacrificarei BVcb mais alto para obter um Ft mais alto (largura de banda de ganho de unidade).

Voltando à pergunta original, há TRÊS razões principais que explicam por que os fabricantes às vezes "rotulam" ou legendam um dispositivo com adjetivos como "projetado para aplicações de comutação" ou "amplificador linear de uso geral":

1. Alguns dos parâmetros de destino que você precisa otimizar para obter o "melhor" dispositivo de comutação sob uma determinada tecnologia de fabricação são pouco úteis ou funcionam contra o melhor comportamento do amplificador linear: robustez dos diodos internos / SCRs parasitas, corrente de pico muito alta, Proteção contra ESD, otimização de armazenamento e tempo de atraso, alta BVcb, estabilidade térmica ...
2. Hoje em dia, é comum construir dispositivos discretos de alimentação / comutação, assim como muitos dispositivos conectados internamente em paralelo. Essa técnica melhora naturalmente muitos dos parâmetros acima, que tornam um "bom dispositivo de comutação", no entanto, também o tornam muito menos linear, literalmente.
3. Preço! Melhorar um parâmetro que não é necessário para o aplicativo-alvo certamente aumentará os custos! Por quê? Como agora o fabricante precisará caracterizar o dispositivo também para os parâmetros não realmente necessários e, pior ainda, REJEITAR os dispositivos fabricados que não satisfazem o parâmetro nomeado durante a fase de teste. Isso reduzirá o rendimento do processo de fabricação e elevará os preços.

O último item, caracterizando e testando um parâmetro não realmente necessário, é fácil de localizar em muitas planilhas de dados. Você notará que muitos BJTs de uso geral (amplificador linear) não garantem nem afirmam os valores esperados para armazenamento e tempos de atraso. Por outro lado, a troca de BJTs na maioria das vezes caracteriza totalmente os tempos de comutação, formas de onda e parâmetros relacionados, mas não entra em muitos detalhes nem mostra a variabilidade das curvas hie / hfe / hoe.