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Transistores de unión bipolar, un rival para los MOSFET

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Los interruptores digitales se suelen crear usando MOSFET, pero los transistores de unión bipolar se han convertido en una alternativa a tener muy en cuenta cuando se trata de modelos con tensiones de saturación bajas. Según Thomas Bolz, director de productos estándar de Rutronik, para aquellas aplicaciones con tensiones y corrientes bajas no sólo ofrecen una amplificación de corriente superior, sino también mejoras de coste.

En aplicaciones de interruptor de carga, el transistor necesita amplificar la corriente de base con la suficiente precisión como para que la tensión de salida se acerque a cero o para que sólo se pueda medir la tensión de saturación del transistor. Los MOSFET se suelen usar para este propósito porque no requieren un controlador subyacente como los componentes controlados por la tensión.

Por otro lado, los transistores de unión bipolar (BJT) son componentes controlados por la corriente que demandan un controlador subyacente capaz de transportar continuamente la corriente.

No obstante, los transistores de unión bipolar con una ganancia de corriente (hFE) mucho mayor y una tensión de saturación (VCEsat) mucho menor pueden sobrevivir con una corriente de base mucho más baja. Su ganancia de corriente superior reduce la corriente de base lo suficiente para permitir una conmutación directa por parte del microcontrolador.

Por ejemplo, si un transistor necesita conducir una corriente de 1 A y tiene una hFE de 100, la corriente de base tiene que ser, al menos, de 10 mA para garantizar que el transistor está saturado. Si el transistor ofrece una ganancia de corriente de 500, resulta suficiente con 2 mA.

También disminuye significativamente las pérdidas a través de la resistencia de bias de base y la tensión de emisor base (VBE). Si el transistor opera como un interruptor de baja frecuencia, las caídas de tensión de baja saturación reducen la disipación de potencia del colector–emisor y soportan corrientes de colector (IC) superiores en una superficie de chip estandarizada.

Por lo tanto, para un estado fully-on, los BJT de baja VCEsat requieren una baja tensión de emisor base de 0,3 a 0,9 V, siendo ideales en aplicaciones de conmutación de baja tensión. Esta tensión de control se aplica en todo el rango de temperatura.

Transistores de unión bipolar, un rival para los MOSFET
Thomas Bolz, director de productos estándar de Rutronik

Si los transistores de unión bipolar se emplean como interruptores saturados, también pueden afectar a la conductividad de la zona del colector, reduciendo considerablemente la resistencia de colector-emisor cuando están saturados (RCE(sat)). Los MOSFET no proporcionan esta conductividad.

Sin embargo, esto incrementa el tiempo de recuperación inversa de la base, lo que se traduce en ciclos de conmutación más largos.

Debido a su frecuencia de tránsito, estos transistores solo se pueden utilizar en aquellas aplicaciones que trabajan con varios cientos de kHz. Dividiendo la frecuencia de tránsito por el factor de ganancia de corriente se consigue la frecuencia de corte.

Esto queda definido como el umbral en el que la ganancia de corriente cae -3 dB (que es 0,707). Resulta importante mantener alguna distancia respecto a esta frecuencia de corte.

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