Перейти к содержанию

Чем отличается MOSFET от биполярного транзистора?

Обновлено Редакция GAW

Оба прибора — транзисторы и работают ключами, но управляются по-разному. У MOSFET затвор отделён от канала тонким окислом, и в статике ток в него почти не течёт: у IRLZ44 утечка затвора — не больше 100 нА. Биполярный транзистор открывается током базы, и этот ток нужно постоянно поддерживать.

Расчёт ключа на 0,5 А

Сравним логический MOSFET IRLZ44 и биполярный BD139 при токе нагрузки 0,5 А.

IRLZ44 (MOSFET)BD139 (биполярный)
Управление5 В на затвореток базы 50 мА
Ток управления в статикедо 100 нА50 мА
Параметр открытого ключаRDS(on) ≤ 0,028 ОмVCE(sat) ≤ 0,5 В
Потери при 0,5 А0,5² · 0,028 = 7 мВт0,5 · 0,5 = 0,25 Вт
PMOSFET=I2⋅RDS(on),PBJT=VCE(sat)⋅IC.P_{MOSFET} = I^2 \cdot R_{DS(on)}, \qquad P_{BJT} = V_{CE(sat)} \cdot I_C.

Потери MOSFET растут как квадрат тока, а биполярного — линейно, но у мощных MOSFET сопротивление так мало, что при токах в сотни миллиампер их потери обычно в десятки раз меньше — как в этом примере. Подобрать резистор базы для биполярного ключа поможет калькулятор транзисторного ключа, а параметры IRLZ44 и родственных транзисторов собраны в карточке IRF540, IRFZ44, IRLZ44.

Что ещё отличает

  • Порог открывания. MOSFET начинает проводить при VGS(th) — у IRLZ44 это 1–2 В, — но полностью открыт только при напряжении, для которого нормирован RDS(on). Биполярному достаточно VBE около 1 В, но нужен ток.
  • Ток управления. Ток базы BD139 в 50 мА при 0,5 А нагрузки больше предельных 40 мА вывода ATmega328P — понадобится дополнительный каскад. MOSFET с логическим уровнем включают прямо от вывода через небольшой резистор.

Похожие вопросы

Почему MOSFET в ключе греется меньше?

Потери в открытом MOSFET равны I² · RDS(on), а у биполярного транзистора — VCE(sat) · I. При токе 0,5 А у IRLZ44 это 0,5² · 0,028 = 7 мВт, а у BD139 — 0,5 · 0,5 = 0,25 Вт. Но сопротивление RDS(on) нормируется при определённом напряжении на затворе, и при меньшем напряжении MOSFET открывается не полностью.

Можно ли управлять MOSFET прямо от вывода микроконтроллера?

Только MOSFET с логическим уровнем, у которого RDS(on) указан для 4–5 В на затворе, как у IRLZ44. У обычных транзисторов вроде IRF540 сопротивление нормировано при 10 В, и от 5 В они открываются не полностью.

Зачем биполярному транзистору ток базы 50 мА при токе 0,5 А?

Чтобы транзистор гарантированно вошёл в насыщение: даташит BD139 нормирует VCE(sat) при IC = 500 мА и IB = 50 мА, то есть с запасом против минимального усиления 25. Вывод ATmega328P по предельным параметрам отдаёт не больше 40 мА, поэтому для такого ключа нужен ещё один каскад.

Источники

  1. Vishay Siliconix. IRLZ44 Power MOSFET (Document Number 91328, S21-1045-Rev. D, 25-Oct-2021) — RDS(on) не больше 0,028 Ом при VGS = 5 В и 0,039 Ом при VGS = 4 В; пороговое напряжение VGS(th) 1,0–2,0 В; ток утечки затвора не больше ±100 нА при VGS = 10 В; VDS 60 В
  2. onsemi. BD135, 137, 139: NPN Epitaxial Silicon Transistor (BD139/D, Rev. 3, April 2026) — ток коллектора 1,5 А (3 А в импульсе); hFE не меньше 25 при IC = 0,5 А и VCE = 2 В; VCE(sat) не больше 0,5 В при IC = 500 мА и IB = 50 мА; VBE(on) не больше 1 В
  3. Vishay Siliconix. IRF540 Power MOSFET (Document Number 91021, S21-0819-Rev. C, 02-Aug-2021) — RDS(on) не больше 0,077 Ом — нормирован только при VGS = 10 В
  4. Microchip. ATmega48A/PA/88A/PA/168A/PA/328/P Data Sheet Complete (DS40002061B) — разд. 30.1 — предельный постоянный ток одного вывода 40 мА

Нашли ошибку?

Смотрите также