Ich bin ein Hobbyist und habe die Datenblätter / Tutorials für FET-Transistoren nie hinter mir gelassen. Ich bin ein BJT-Mann. Ich habe nie Diskussionen über BJT vs. FET und spezifische Anwendungen gefunden, die für jeden Typ am besten geeignet sind. Meine Projekte sind sehr einfache Schalt- und Logikgatter-Schaltkreise. Als ich BJTs bekam, um die Anforderungen eines Projekts zu erfüllen, blieb ich einfach bei dem, was funktionierte. Ich habe den Nachmittag damit verbracht, dies auf EE-SE zu recherchieren und viele gute Sachen gefunden. Ich fand heraus, dass FETs für Pegelumsetzer die beliebtere Wahl zu sein schienen. Ich hatte gehofft, jemand könnte eine Erklärung für die Stärken / Schwächen und Kompromisse liefern, die mit FETs und BJTs in einigen gängigen Anwendungen verbunden sind.
Ich habe diesen Level-Shifter für mein Projekt ausgewählt: Ich möchte ein 5-V-Relais mit einem ESP8266 mit 3,3-V-GPIOs ansteuern. Ich habe den Spulenstrom des Relais mit ungefähr 100mA gemessen. Ich möchte einen S8050 und ein Minimum an Teilen verwenden, die Anforderungen sind nicht hoch. Ich benutze nur den ESP8266, um den Pin eines PIR-Sensors zu lesen und lese auch einige Kippschalter, um ein Licht mithilfe eines Relais zu steuern. Ist die obige Schaltung eine gute Wahl? Ich habe meine eigene Schaltung entworfen, werde sie aber nicht verwenden. Trotzdem würde es mir helfen, wenn jemand eine Analyse meines Designs liefern würde, die auf einigen Vermutungen und vielleicht ein bisschen Voodoo beruhte.
Nur kurz, ich schlussfolgerte, dass mein Basisstrom (GPIO-Ausgang 3.3V - 0.7V Basis von Q1) / 1K Ohm von R2 = 2.6mA durch den Strom im Spannungsteiler R1 / R3, den ich für 5 halte, nicht stark beeinflusst würde / (100 K + 100 K) = 25 uA. Ich weiß nicht, wie die Kreuzung von R1, R2, R3 und U1 funktionieren wird. Ich vermutete, dass die Basis von U1 die 2,5 V des Teilers auf 0,7 V absenkt, war mir aber nicht sicher, wie sich dies auf die 2,6 mA auswirken würde, die das GPIO liefert. Deshalb bin ich mit der Strecke gefahren, die ich verbunden habe.
Antworten:
Strahl. Ja, es gibt Hunderte, wenn nicht Tausende von guten Seiten über die Verwendung von BJTs für so ziemlich jede Art von Schaltanordnung, die Sie sich vorstellen können. Sie funktionieren auch gut als Pegelumsetzer , obwohl ich trotz Ihrer Verwendung dieses Ausdrucks nicht glaube, dass das Ihre Situation hier ist. Wenn Sie sich ein Beispiel für die Pegelverschiebung mit BJTs ansehen möchten, finden Sie hier meine Antwort .
Anstatt dir unten einen Fisch zu geben, werde ich versuchen, dir das Fischen beizubringen.
In Situationen, in denen die Stromkonformität Ihren E / A-Pin überschreitet (wie bei einem Relais) oder auch eine andere, höhere Treiberspannung als Ihr E / A-Pin (wie bei Ihrem Relais), oder in denen Sie einen Schutz gegen Induktivität benötigen Kickback (wieder wie bei Ihrem Relais): Sie möchten wahrscheinlich einen externen BJT oder FET als Schalter verwenden.
Sie können die Dinge so anordnen, dass der Schalter:
Aber Sie müssen wirklich einen guten Grund haben, sich für (2) oder (3) zu entscheiden. Sie umfassen mehr Teile und sind oft unnötig kompliziert, wenn Sie keinen guten Grund haben. Daher ist der Low-Side-Schalter die erste Wahl, die auf solche Probleme untersucht wird.
Um einen Schalter zu entwerfen, beginnen Sie mit den Spezifikationen dessen, was Sie fahren müssen, und den Spezifikationen dessen, was Sie zum Fahren haben.
Schauen wir uns ein ESP8266 Datenblatt an :
Hier können Sie sehen , dass die aktuelle Compliance für einen I / O - Pin einen Maximalwert von hat . Dies bedeutet, dass Sie planen sollten, deutlich unter diesem Wert zu bleiben. Ich mag es, unter der Hälfte des Maximums zu bleiben, wobei noch weniger besser ist, wenn ich es schaffe. Weniger ist besser, denn wenn Sie mehrere verschiedene I / O-Pins wie diesen gleichzeitig verwenden, summiert sich die Belastung und es gibt Verlustgrenzen für den gesamten Port und auch für das gesamte Gerät. Auch wenn sie nicht angegeben sind, existieren sie. Also halte die Dinge so niedrig wie möglich.ichMA X= 12mA
Beachten Sie auch die Spannungsgrenzen. Angenommen, Sie arbeiten mit , dann garantieren sie eine hohe Ausgangsspannung von 80% davon oder V O H ≥ 2,64VCC= 3,3V
(Dies bedeutet, wennIMAX bezogen wird.) Sie garantieren auch eine niedrige Ausgangsspannung von 80% davon oder
V O L ≤ 330
Schauen wir uns nun ein typisches Relais-Datenblatt an :
Von hier aus können Sie sehen, dass der Widerstand und dass der erforderliche Strom 40 ist125Ω .40mA
Die obigen Datenbits besagen, dass Sie aus allen oben genannten Gründen wirklich einen externen Switch benötigen. Sie benötigen es, weil es eine höhere Stromkonformität erfordert, als Ihr E / A-Pin bieten kann, weil Sie Ihren E / A-Pin vor Gegen-EMK gegen die Induktivität des Relais schützen möchten und weil das Relais eine höhere Spannung als Ihr E / A benötigt Stift zur Verfügung stellen kann. Denken Sie nicht einmal daran, die E / A direkt zu verwenden!
Sie können auch fast jeden BJT verwenden, da das Relais nur wenig Strom benötigt.
In diesem Fall würde ich verwenden, was ich viel habe: OnSemi PN2222A- Geräte. Beginnen wir mit der Untersuchung von Abbildung 11:
In Abbildung 11 sehen Sie viele wichtige Informationen. Das erste ist, dass sie empfehlen, es als Schalter mit betreibenβ= IchCichB= 10 VCE ichCichB= 10
Zeit für die Erstellung eines Schaltplans:
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
BEARBEITEN: Wenn Sie (in Kommentaren unten) den Wert angeben100mA β
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Diesen "Voodoo" brauchst du nicht. Sowohl R1 als auch R3 sind hier nicht erforderlich. Ein Bipolartransistor arbeitet mit Strömen, nicht mit Spannungen. Diese Widerstände werden nur benötigt, um den Transistor für lineare Verstärker in seinen linearen Bereich vorzuspannen. Sie wollen keine lineare Verstärkung, Sie wollen hocheffizientes Schalten.
simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab
Verwenden Sie einen Schalttransistor, dieser hat einen hohen Beta-Wert und geht bei sehr geringen Eingangsströmen in die Sättigung. Sie können auch einen Darlington-Typ für höhere Lasten in Betracht ziehen. Die Sättigung führt zu einem geringeren Spannungsabfall und einer geringeren Wärmeerzeugung im Transistor.
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FETs sättigen nicht. Also ein großer Speedgewinn.
Und eine bipolare Vbe ist für nützliche Ströme ziemlich genau auf 0,5 bis 0,7 Volt eingestellt.
Während ein FET gerne 1 oder 2 oder 5 oder 10 Volt zwischen Gate und Kanal zulässt. Ein großer Gewinn für die Flexibilität des Betriebs.
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Ein allgemeiner Vergleich von BJTs und FETs:
BJT: - Stromgesteuertes Gerät - Ladungsträger sind sowohl Elektronen als auch Löcher (daher bipolar) - Physikalisch größer - Sehr geringe Eingangskapazität (kann höhere Geschwindigkeit / höhere Frequenzverstärkung ergeben) - Mehr lineare Verstärkung, da die Verstärkung nicht von der Vorspannung abhängt - Kann eine niedrigere Ausgangsimpedanz haben und daher Lasten mit niedriger Impedanz einfacher ansteuern. - Im Allgemeinen höherer Stromverbrauch aufgrund der Stromregelung
FET: - spannungsgesteuertes Gerät (geringerer Stromverbrauch, Stromverbrauch nur im Schaltzustand allgemein) - Ladungsträger sind entweder Elektronen oder Löcher (je nach Typ, also unipolar) - physikalisch kleiner - skalierbarer (halber Drainstrom durch Halbierung des Gates) Größe) - Im Allgemeinen höhere Eingangskapazität und Miller-Effekt bedeuten, dass mit zunehmender Verstärkung auch die Eingangskapazität zunimmt. - Niedrigohmig kann nicht sehr gut angesteuert werden (benötigt normalerweise Pufferstufe). - Im Allgemeinen geringerer Stromverbrauch
Dies ist keineswegs eine vollständige Liste der Unterschiede, sondern beantwortet hoffentlich Ihre Frage nach den Unterschieden zwischen den beiden Transistortypen. Meiner pädagogischen Erfahrung nach sind BJTs in 95% der Fälle die richtige Wahl für Hobbyprojekte, aber für große Projekte mit hoher Dichte ist CMOS die erste Wahl, da die meisten digitalen Schaltungen CMOS sind und daher billiger analog und digital im selben prozess zu produzieren.
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In einigen Anwendungen ist die Energieeffizienz sehr wichtig. Obwohl es viele Anwendungen gibt, bei denen es nicht wirklich wichtig ist, mögen es viele Leute nicht, Designs unnötig auf die letzteren Anwendungen zu beschränken.
Wenn man eine Single-BJT-basierte Schaltung benötigt, die 100 mA schalten kann, muss diese Schaltung wahrscheinlich irgendwo zwischen 2-10 mA ziehen, wann immer sie eingeschaltet sein soll, unabhängig davon, ob der Laststrom tatsächlich 100 mA oder Null beträgt . Wenn die Last bei jedem Einschalten tatsächlich 100 mA verbraucht, würde das Hinzufügen von sogar 10 mA zum Stromverbrauch des Systems zu diesem Zeitpunkt den Gesamtstromverbrauch nur um 10% erhöhen. Wenn die Last jedoch häufig etwas antreibt, das nur 1 mA benötigt, würde sich durch Hinzufügen von sogar 2 mA zur Leistungsaufnahme bei eingeschalteter Last der Stromverbrauch verdreifachen, der mit der Steuerung dieser Last verbunden ist. Wenn die Last die meiste Zeit eingeschaltet ist (aber nur sehr wenig Strom verbraucht), kann dies sehr verschwenderisch sein.
BJTs sind seit längerem weit verbreitet als MOSFETs, und viele Schaltungen sind auf diese Verfügbarkeit ausgelegt. Ich weiß nicht, dass ein bestimmter MOSFET so allgegenwärtig ist wie der 2N3904 und der 2N3906. Diese Teile sind bei weitem nicht die besten Transistoren auf dem Planeten, aber sie sind überall. Ich kenne keine MOSFETs, von denen man dasselbe sagen kann.
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