Qual é a diferença entre transistores de efeito de campo (FETs) comercializados como switches versus amplificadores?

Por exemplo, o J108 JFET é listado como "N-Channel Switch" e a folha de dados menciona o RDS na resistência, enquanto o J201 JFET é listado como "Amplificador de uso geral de canal N" (e a resistência teria que ser deduzido das curvas do IDS?)

Existe alguma diferença na maneira como eles são projetados e fabricados? Geralmente, um tipo pode ser usado no outro aplicativo, mas não vice-versa?

Relacionado, para BJTs: Qual é a diferença entre transistores de junção bipolar de pequeno sinal (BJTs) comercializados como comutadores versus amplificadores?

Existem várias opções que podem ser feitas no design de transistores, com algumas vantagens sendo melhores para alternar aplicativos e outras para aplicativos "lineares".

Os interruptores devem passar a maior parte do tempo totalmente ligados ou desligados. Os estados ligado e desligado são, portanto, importantes, pois a curva de resposta dos estados intermediários não é muito relevante.

Para a maioria das aplicações, a corrente de fuga do estado desligado da maioria dos transistores é baixa o suficiente para não importar. Para aplicações de comutação, um dos parâmetros mais importantes é como "on" on é, conforme quantificado por Rdson nos FETs e a tensão e corrente de saturação nos bipolares. É por isso que a troca de FETs terá especificações de Rdson, não apenas para mostrar o quão boas elas estão em estar totalmente ligadas, mas porque isso também é importante para os projetistas do circuito saberem quanta tensão eles cairão e o calor que eles dissiparão.

Transistores usados ​​como amplificadores de uso geral operam na região "linear". Eles podem não ser tão lineares em suas características, mas esse é o nome usado na indústria para indicar a faixa intermediária em que o transistor não está totalmente ligado nem totalmente desligado. De fato, para o uso de amplificadores, você nunca deseja atingir nenhum dos estados limite. Portanto, o Rdson não é tão relevante, pois você planeja nunca estar nesse estado. No entanto, você deseja saber como o dispositivo reage a várias combinações de tensão de porta e de tensão de dreno, porque planeja usá-lo em um amplo continuum deles.

Existem vantagens e desvantagens que o projetista de transistor pode fazer que favorecem uma resposta mais proporcional à tensão de porta versus a melhor resistência efetiva. É por isso que alguns transistores são promovidos como comutadores versus operações lineares. As folhas de dados também se concentram nas especificações mais relevantes para o projetista de circuitos para o uso pretendido.

Para MOSFETs de energia, existe uma boa regra geral, indicando que quanto mais nova a peça, melhor ela é otimizada para alternar entre aplicativos. Originalmente, os MOSFETs eram usados ​​como elementos de passagem nos reguladores de tensão lineares (sem corrente de base degradando as perdas sem carga ou a eficiência geral) ou amplificadores de áudio da classe AB. Hoje, a força motriz para o desenvolvimento de novas gerações de MOSFET é, obviamente, a onipresença das fontes de alimentação em modo de comutação e a contínua prosperidade em direção ao controle do motor com conversores de frequência. Tudo o que foi alcançado a esse respeito é nada menos que espetacular.

Algumas das características que foram aprimoradas a cada nova geração de MOSFETs de comutação:

• R _DS inferior _{, ativado} - porque minimizar as perdas de condução significa maximizar a eficiência geral.
• Menos capacitância parasita - porque menos carga ao redor do portão ajuda a reduzir as perdas de direção e aumenta a velocidade de comutação; menos tempo gasto nas transições de comutação significa menos perdas de comutação.
• Menor tempo de recuperação reversa do diodo interno; vinculado a uma classificação dV / dt mais alta - Isso também ajuda a diminuir as perdas de comutação e também significa que você não pode destruir o MOSFET tão facilmente quando o força a desligar muito, muito rápido.
• Robustez de avalanche - Nas aplicações de comutação, sempre há um indutor envolvido. Cortar a corrente em um indutor significa criar grandes picos de tensão. Se mal desprezado ou totalmente desprendido, os picos serão maiores que a tensão máxima do MOSFET. Uma boa classificação de avalanche significa que você recebe um bônus extra antes que ocorra uma falha catastrófica.

No entanto, existe uma pegada não tão conhecida para aplicações lineares de MOSFETs que se tornou mais acentuada com as novas gerações:

• FBSOA (área operacional segura com viés direto), ou seja, capacidade de manipulação de energia no modo linear de operação.

É certo que esse é um problema com qualquer tipo de MOSFET, antigo e novo, mas os processos mais antigos eram um pouco mais indulgentes. Este é o gráfico que possui a maioria das informações relevantes:

Fonte: APEC, IRF

Para uma alta tensão entre a porta e a fonte, um aumento na temperatura levará a um aumento na resistência e a uma diminuição na corrente de drenagem. Para aplicações de comutação, isso é perfeito: os MOSFETs são direcionados para uma boa saturação com um alto V _GS . Pense em MOSFETs paralelos e lembre-se de que um único MOSFET possui muitos MOSFETs minúsculos e paralelos em seu chip. Quando um desses MOSFETs esquentar, ele terá uma resistência aumentada e mais corrente será "absorvida" pelos vizinhos, levando a uma boa distribuição geral sem pontos de acesso. Impressionante.

Para um V _GS menor que o valor em que as duas linhas se cruzam, denominada cruzamento de temperatura zero (cf. App'note 1155 da IRF ), no entanto, um aumento da temperatura levará a uma redução no R _{DS, na} e na corrente de drenagem aumentada. É aqui que a fuga térmica bate à sua porta, contrariando a crença popular de que esse é um fenômeno apenas do BJT. Pontos quentes ocorrerão e o seu MOSFET poderá se autodestruir de maneira espetacular, levando consigo alguns dos belos circuitos em sua vizinhança.

Há rumores de que os dispositivos MOSFET laterais mais antigos tinham características de transferência com melhor correspondência entre seus MOSFET internos, paralelos e com chip, em comparação com os novos dispositivos de trincheira otimizados para as características mencionadas acima, importantes para aplicações de comutação. Isso também é apoiado pelo artigo ao qual eu já vinculei , mostrando como os dispositivos mais novos têm um V _GS ainda maior para o ponto de cruzamento de temperatura zero.

Para encurtar a história: Existem MOSFETs de energia mais adequados para aplicações lineares ou de comutação. Como as aplicações lineares se tornaram algo como uma aplicação de nicho, por exemplo, para sumidouros de corrente com controle de tensão , é necessário cuidado extra em relação ao gráfico para a área de operação segura com polarização direta ( FB-SOA ). Se não contiver uma linha para operação em CC, é uma dica importante de que o dispositivo provavelmente não funcionará bem em aplicativos lineares.

Aqui está mais um link para um artigo da IRF com uma boa síntese da maioria das coisas que mencionei aqui.