Quelle est la différence entre les transistors à effet de champ (FET) commercialisés en tant que commutateurs et amplificateurs?

Par exemple, le J108 JFET est répertorié en tant que "commutateur N-Channel" et la fiche technique mentionne le RDS sur la résistance, tandis que le J201 JFET est répertorié en tant qu '"amplificateur polyvalent N-Channel" (et la résistance active devrait être déduit des courbes IDS?)

Existe-t-il une différence dans leur conception et leur fabrication? Un type peut-il généralement être utilisé dans l’autre application, mais pas l’inverse?

En relation, pour les BJT: Quelle est la différence entre les transistors à jonction bipolaire à petits signaux (BJT) commercialisés en tant que commutateurs et amplificateurs?

Différents choix peuvent être faits dans la conception des transistors, certains compromis étant meilleurs pour les applications de commutation et d'autres pour les applications "linéaires".

Les commutateurs sont conçus pour passer la majeure partie de leur temps entièrement en fonctionnement ou complètement hors tension. Les états activé et désactivé sont donc importants, la courbe de réponse des états intermédiaires n'étant pas très pertinente.

Pour la plupart des applications, le courant de fuite à l'état bloqué de la plupart des transistors est suffisamment faible pour ne pas avoir d'importance. Pour les applications de commutation, l'un des paramètres les plus importants est l'activation de "on", quantifiée par Rdson dans les FET et par la tension et le courant de saturation dans les bipolaires. C’est la raison pour laquelle les commutateurs FET auront les spécifications Rdson, non seulement pour montrer à quel point ils sont capables de fonctionner pleinement, mais aussi parce que c’est également important pour les concepteurs du circuit de savoir combien de tension ils vont chuter et la chaleur qu’ils vont dissiper.

Les transistors utilisés comme amplificateurs à usage général fonctionnent dans la région "linéaire". Ils ne sont peut-être pas très linéaires dans leurs caractéristiques, mais c'est le nom utilisé dans l'industrie pour désigner l'intervalle intermédiaire où le transistor n'est ni complètement allumé ni complètement éteint. En fait, pour l’utilisation de l’amplificateur, vous ne voulez jamais atteindre l’un des états limites. Le Rdson n’est donc pas si pertinent que vous envisagez de ne jamais être dans cet état. Cependant, vous souhaitez savoir comment l'appareil réagit à diverses combinaisons de tension de grille et de tension de drain, car vous envisagez de l'utiliser dans un large continuum de celles-ci.

Il existe des compromis que le concepteur de transistors peut faire pour favoriser une réponse plus proportionnelle à la tension de grille par rapport à la résistance optimale. C'est pourquoi certains transistors sont promus commutateurs par opposition aux opérations linéaires. Les fiches de données se concentrent également sur les spécifications les plus pertinentes pour le concepteur de circuit en vue de l'utilisation prévue.

Pour les MOSFET de puissance, il existe une bonne règle empirique indiquant que plus la pièce est récente, plus elle est optimisée pour les applications de commutation. À l'origine, les MOSFET étaient utilisés comme éléments de passage dans les régulateurs de tension linéaires (aucun courant de base ne dégradant les pertes à vide ou le rendement global) ou dans les amplificateurs audio de classe AB. Aujourd’hui, le moteur du développement des nouvelles générations de MOSFET est bien sûr l’omniprésence des alimentations à découpage et la poursuite du développement du contrôle moteur avec convertisseurs de fréquence. Tout ce qui a été réalisé à cet égard n’est rien de moins que spectaculaire.

Quelques caractéristiques améliorées à chaque nouvelle génération de MOSFET à commutation:

• Lower R _{DS, on} - Parce que minimiser les pertes de conduction signifie maximiser l'efficacité globale.
• Moins de capacité parasite - Parce que moins de charge autour de la porte aide à réduire les pertes d’entraînement et augmente la vitesse de commutation; moins de temps passé dans les transitions de commutation signifie moins de pertes de commutation.
• Moins de temps de récupération inverse de la diode interne; lié à une valeur nominale dV / dt plus élevée - Cela contribue également à réduire les pertes de commutation et signifie également que vous ne pouvez pas détruire le MOSFET aussi facilement lorsque vous le forcez à s’éteindre très, très vite.
• Robustesse des avalanches - Dans les applications de commutation, un inducteur est toujours impliqué. Couper le courant à un inducteur signifie créer de grandes pointes de tension. S'ils sont mal collés ou entièrement desserrés, les pointes seront supérieures à la tension nominale maximale du MOSFET. Un bon indice d'avalanche signifie que vous obtenez un bonus supplémentaire avant qu'une défaillance catastrophique ne se produise.

Cependant, il existe un marché relativement peu connu pour les applications linéaires de MOSFET qui est devenu plus prononcé avec les nouvelles générations:

• FBSOA (zone d’exploitation sécurisée à polarisation directe), c’est-à-dire capacité de traitement de l’énergie en mode de fonctionnement linéaire.

Certes, il s'agit d'un problème avec n'importe quel type de MOSFET, ancien ou nouveau, mais les processus plus anciens étaient un peu plus indulgents. Ce graphique contient la plupart des informations pertinentes:

Source: APEC, IRF

Pour une tension grille à source élevée, une augmentation de la température entraîne une augmentation de la résistance à l'état passant et une diminution du courant de drain. C’est parfait pour les applications de commutation: les MOSFET sont saturés avec une V _GS élevée . Pensez aux MOSFET en parallèle et gardez à l'esprit qu'un MOSFET unique contient de nombreux MOSFET en parallèle minuscules sur sa puce. Lorsque l'un de ces MOSFET devient chaud, il aura une résistance accrue et plus de courant sera "pris" par ses voisins, conduisant à une bonne distribution globale sans points chauds. Impressionnant.

Pour un V _GS inférieure à la valeur où les deux lignes se croisent, appelé le croisement de température zéro (cf. App'note 1155 de IRF ), cependant, une augmentation de la température entraîne une diminution de R _{DS, sur} et en courant de drain accru. C’est là que l’emballement thermique va frapper à votre porte, contrairement à la croyance populaire selon laquelle il s’agit d’un phénomène exclusivement BJT. Des points chauds se produiront et votre MOSFET pourrait s'autodétruire de manière spectaculaire, entraînant avec lui certains des circuits magnifiques situés dans son voisinage.

Selon la rumeur , les dispositifs MOSFET latéraux plus anciens présentent de meilleures caractéristiques de transfert entre leurs MOSFET internes, en parallèle et sur puce, par rapport aux dispositifs de tranchée plus récents optimisés pour les caractéristiques susmentionnées qui sont importantes pour les applications de commutation. Ceci est encore étayé par le document que j'ai déjà lié , montrant comment les nouveaux appareils ont une V _GS toujours croissante pour le crossover à point de température zéro.

Longue histoire: Il existe des MOSFET de puissance qui conviennent mieux aux applications linéaires ou aux applications de commutation. Étant donné que les applications linéaires sont devenues une application de niche, par exemple pour les puits de courant à commande de tension , une prudence supplémentaire à l’égard du graphique pour la zone de sécurité à polarisation directe ( FB-SOA ) est nécessaire. S'il ne contient pas de ligne pour le fonctionnement en CC, il s'agit d'un indice important indiquant que le périphérique ne fonctionnera probablement pas correctement dans les applications linéaires.

Voici encore un lien vers un article de l'IRF qui résume bien la plupart des choses que j'ai mentionnées ici.