Ich hätte eine ganz allgemeine Frage: Der große Vorteil von
Feldeffekttransistoren gegenüber bipolaren ist es ja, dass nur im
Umschaltmoment ein (kurzer) Steuerstromfluss fließt, im stationären
(geschalteten) Zustand fließt kein Strom mehr ins Gate, wohingegeben
beim bipolaren ständig ein Basisstrom notwendig ist, im geschalteten
Zustand. Soweit ich weiß sind vergleichbare FETs auch um nichts mehr
teurer als bipolare Transistoren.
Warum verwendet man dann bipolare Transistoren überhaupt noch?
PeterH schrieb:> Warum verwendet man dann bipolare Transistoren überhaupt noch?
Weil die Stromsteuerung in bestimmten Anwendungen Vorteile hat.
Besonders, wenn man nicht einfach nur stupide schalten will, sondern im
Widerstandsbereich unterwegs ist.
PeterH schrieb:> Warum verwendet man dann bipolare Transistoren überhaupt noch?
- weil die kleinere Kapazitäten haben als vergleichbare Mosfets
- weil die eine kleinere und besser definierte Ube haben als die Mosfets
Ugs
- weil die bei niederohmigen Quellen rauschärmer sind als Mosfets
- ...
PeterH schrieb:> ... dass nur im Umschaltmoment ein (kurzer) Steuerstromfluss fließt
Das ist kein Steuerstrom, sondern ein Umladestrom.
Gesteuert wird der Kanal durch die Gate-Source-Spannung.
PeterH schrieb:>> https://de.wikipedia.org/wiki/Bipolartransistor#Verstärkungsbereich>> Bedeutet das, dass FETs nicht oder schlechter als Verstärker einsetzbar> sind?
Nein, das bedeutet es nicht. "One size fits all" ist selten die Lösung.
Diversität ist hier nicht nur eine hohle Phrase, sondern eine echte
Bereicherung. Sowohl FETs als auch Bipolartransistoren werden in vielen
verschiedenen Verstärkertypen eingesetzt. OPVs, Leistungsverstärker,
digitale und lineare Endstufen. In der Leistungselektronik oberhalb von
200V sind IGBTs dominant, welche ein Hybrid aus FET und Bipolartechnik
sind.
Das sind letztlich verschiedene Bauelemente mit deutlich
unterschiedlichen Eigenschaften. Welcher "Besser" ist, hängt von sehr
vielen Parametern ab.
Was mir spontan einfällt:
- Bipolartransistoren lassen sich mit weniger Spannung ansteuern, ab
0,7V
Das ist mit Mosfets fast nicht zu erreichen.
- Mosfets haben ein ohmsches verhalten, bedeutet der Spannungsabfall,
Drain Source ist stromabhängig = I * Rdson
- Bei Bipolartransistoren ist das Ucesat = (ca.) 0,2 - 0,3V
- Bei Leistungsanwendungen sind Mosfets günstiger, da mit modermnen
Mosfets mit niedrigem Rdson die Verluste drastisch sinken
Ich betrachte das als Ergänzung. Für einige Anwendungen geht beides und
nimmt sich nicht viel, zB. schalten einer LED. In den meisten Fällen ist
die eine oder die andere Variante günstiger, sei es Verlustleistung,
Schaltverhalten oder Linearbetrieb.
PeterH schrieb:> Bedeutet das, dass FETs nicht oder schlechter als Verstärker einsetzbar> sind?
Verstärkung ist eine dimensionslose Größe, z.B. das Verhältnis von
Ausgangsstrom zu Eingangsstrom. Der (statische) Eingangsstrom beim FET
ist Null. Wenn man mit dem FET einen Strom steuert, hat man daher schon
ein Problem, so einen Parameter wie "Verstärkung" anzugeben. Es kommt
also auf die Gesamtschaltung an.
Leistungsverstärker mit FETs verwenden gerne eine Class D Endstufe -
wunderbar und heizt nicht so, wie eine mit BJTs aufgebaute Class AB
Endstufe.
Antwort auf deine Frage: Nein - es kommt drauf an, wie man es macht.
Du musst die grundsätzlichen Eigenschaften von bipolaren Transistoren
und MOSFETs zu eigen machen. Auch speziell bezogen auf die Anwendung.
Ein paar (qualitative und unvollständige) Hinweise:
Bipolar:
- benötigt Basisstrom um dauerhaft leitend zu sein. Dafür reicht eine
Quelle mit wenig mehr als 0.7V.
- Faktor zwischen Basisstrom und Kollektorstrom ist im Schaltbetrieb
relativ niedrig: 20 ... 100. Problem beim Schalten größerer Ströme mit
z.B. µCs. Größerer Faktor bei Darlingtons.
- Mehrere 100mV Sättigunsspannung C-E. Das führt bei größeren Strömen zu
deutlicher Verlustleistung. Mehr als 700mV beträgt diese bei
Darlingtons.
(5A Kollektorstrom brauchen einige 100mA Basisstrom und haben eine
Verlustleistung von einigen Watt!).
MOSFETs:
- im Schaltbetrieb meist sehr kleiner RDS_on. Damit hält sich auch die
Verlustleistung bei großen Strömen in vertretbarem und niedrigem
Bereich. Damit kann einer im SOT23-Gehäuse schon mal einige A schalten.
(5A bei 10mΩ RDS_on macht nur 250mW!).
- benötigt meist relativ hohe Steuerspannung, typ. 10V, manche arbeiten
auch mit 5V und darunter wird es dünner. Die mit 5V oder weniger (bis
2.8V ist mir bekannt) noch schalten können, sind direkt mit Logikpegel
ansteuerbar.
- für schnelles Schalten (PWM) muss die Gatekapazität auch schnell
umgeladen werden. Das erfordert meist Treiberschaltungen
(Zusatzaufwand), die die Stromspitzen liefern können. Hat man das nicht,
so erhöht sich die Verlustleistung durch das (langsamere) Durchlaufen
von EIN nach AUS und umgekehrt.
Wie gesagt, man muss sich mit den Eigenschafte beider Varianten
beschäftigen, um für den vorgesehenen Anwendungsfall den richtigen Typ
auswählen zu können.
HildeK schrieb:> Die mit 5V oder weniger (bis 2.8V ist mir bekannt) noch schalten können, ...
Der PH2925U liegt noch "weit" darunter. Bei 2.5V U_GS und 25A ist ein
R_SD(on) von typ. 3.2mΩ @ 25 °C spezifiziert und selbst mit 1.4V U_GS
sieht die Kennlinie noch sehr brauchbar zum Schalten aus.
