Trong một vài ví dụ về Arduino, bạn thấy mọi người sử dụng bóng bán dẫn để cung cấp năng lượng cho động cơ. Trong trường hợp này, ví dụ, anh ta đang sử dụng bóng bán dẫn Darlington: http://www.instructables.com/id/Use-Arduino-with-TIP120-transistor-to-control-moto/
Có bất kỳ lý do nào để sử dụng bất cứ thứ gì ngoài MOSFET không (trừ khi bạn không có, và bạn có loại khác không?) Có bất kỳ lợi thế nào cho các bóng bán dẫn hoặc Darlington cho ứng dụng này không?
Câu trả lời:
Một bóng bán dẫn Darlington cung cấp cho bạn hai thiết bị xếp tầng với nhau, giúp bạn xử lý nhiều năng lượng hơn. Nói một cách tuyệt đối, lợi thế của cấu trúc BJT so với MOSFET là bạn không có cổng cách ly oxit, và do đó bạn không cần phải lo lắng về việc chốt lại từ đường bay ngược quy nạp. Bất kỳ cuộn cảm nào, như trong động cơ và rơle, sẽ lưu trữ một dòng trên cuộn dây, và sự thay đổi trong hoạt động sẽ gây ra sự sụt giảm điện áp lớn. Điện áp flyback đó có thể đảo ngược đường giao nhau trên MOSFET hoặc có thể làm hỏng cổng.
Nếu bạn chỉ chơi xung quanh, lợi thế của BJT là sự mạnh mẽ. Nếu bạn lo lắng về dòng điện, ưu điểm của MOSFET là đầu vào điện dung không rút ra dòng điện sau khi sạc.
Đó là câu trả lời ngắn, ngắn.
1) Power FET và Darlington là hai loài động vật khác nhau. Một BJT hoạt động tốt nhất như một thiết bị tuyến tính được điều khiển chính xác HIỆN TẠI. BJT vốn dĩ có băng thông cao hơn FET và thường rẻ hơn cho việc mang theo hiện tại giống hệt nhau. Ngoài ra, các BJT có thể tạo ra các nguồn dòng không đổi tuyệt vời và rẻ tiền, tạo ra một nguồn dòng không đổi đơn giản nhưng chính xác cho các thiết bị điều khiển dòng nhạy cảm như đèn LED. Các cấu hình của BJT và đặc biệt là Darlington cho phép bạn điều khiển chính xác dòng điện đầu ra trong phạm vi 0-10A + với thông thường dưới 2mA từ MCU với điện trở đặt đơn giản đến đế được kết nối với chân vi điều khiển.
2) Đối với độ chính xác khi sử dụng PNP Darlington, dòng cơ sở được tham chiếu đến mặt đất, vẫn có thể sử dụng chân vi điều khiển, đầu ra chỉ được đặt ở mức thấp để nối đất cho điện trở cơ sở. Nếu điện áp cung cấp chính thay đổi, một điện trở cảm giác hiện tại cần được sử dụng cho phản hồi để bù. Dòng pin vi điều khiển thay đổi tùy theo khả năng tìm nguồn / chìm và các họ MCU khác nhau sẽ có các khả năng khác nhau. Một 5V 5V thông thường có thể nguồn / chìm lên tới 20-30mA / pin là TTL và arduino dựa trên SAM như DUE có hai loại chân có khả năng chân thấp và chân cao, chân cao chỉ có thể cấp nguồn 15mA / chìm 9mA ( CMOS công suất thấp) vì vậy hãy ghi nhớ điều này nếu bạn không sử dụng op-amp làm bộ đệm.
3) Mặc dù các BJT rất giỏi trong việc khuếch đại tín hiệu nhỏ với độ méo thấp và kiểm soát chính xác dòng điện cao, tuy nhiên, BJT tạo ra các công tắc kém bởi vì ngay cả khi bão hòa, chúng vẫn có điện áp Vce giảm trên 2V, điều này có nghĩa là tản điện đáng kể ở dòng điện cao có nghĩa là sản xuất nhiệt đáng kể. Ngay cả khi bạn có Darlington có thể xử lý 20A trước khi tăng tốc, chỉ có 0,96A và nhiệt độ xung quanh 30C, bạn sẽ ở nhiệt độ tiếp giáp 150C mà không có tản nhiệt.
4) Các MOS MOS công suất gần như trái ngược với hoạt động của BJT, chúng rất tuyệt khi là công tắc, nhưng nếu không được thiết kế cẩn thận, hãy tạo ra các thiết bị khuếch đại và điều khiển dòng tuyến tính kém. Điều này có liên quan đến công suất cổng tương đối lớn làm hạn chế khả năng của FET để có băng thông cao. IC điều khiển cổng đặc biệt có thể xử lý dòng sạc / xả lớn khi cung cấp năng lượng cho cổng điện dung của mosfet ở tần số cao nhưng cũng làm tăng chi phí / độ phức tạp của dự án.
5) Các Mosfet thường có các vùng "tuyến tính" nhỏ hơn nhiều so với các BJT và có điện trở "gần như bằng không" miễn là các điều kiện VSS được đáp ứng để đưa MOSFET vào trạng thái bão hòa. Với điện áp "bật" giảm Vds trong vùng mV, công suất đáng kể duy nhất bị tiêu tán là khi MOSFET chuyển từ tắt sang bật và lùi. Một MOSFET điện thông thường có thể có Id liên tục từ 40A trở lên và không cần tản nhiệt cho đến khi bạn gần một nửa mức đánh giá đó bởi vì điện trở của MOSFET khi bật thường ở vùng milliohms. Với nhiệt độ xung quanh 30C, Mosfet vỏ TO-220 với 0,01 Ohms RDSon (10 milliohms), sẽ có thể tiêu tan cùng 2,4W như một BJT dựa trên TO-220 không có tản nhiệt nhưng sẽ vượt qua 15,49A mà không cần tản nhiệt ở cùng nhiệt độ ngã ba 150C!
6) Sử dụng Darlington trong trường hợp TO-220 với tản nhiệt có kích thước phù hợp có thể điều khiển tuyến tính chính xác các dòng điện lớn chỉ với một vài mA đi / đến (NPN / PNP) đến / từ các căn cứ của chúng. Darlington cũng có thể được sử dụng để khuếch đại dòng / tín hiệu nhỏ một cách chính xác với độ méo rất thấp do các vùng "tuyến tính" lớn hơn của chúng (tuyệt vời cho các ứng dụng năng lượng chính xác DC-RF). Darlington đặc biệt phù hợp như một nguồn hiện tại không đổi trong đó gợn đầu ra từ nguồn cung cấp chuyển mạch sẽ là mối quan tâm cho thiết kế của bạn. Tuy nhiên, điều này có giá giảm điện áp lớn từ 2V trở lên trên bộ thu và bộ phát, dẫn đến sự tiêu tán công suất cao. Các BJT cũng có xu hướng chạy trốn nhiệt mà không thiết kế cân nhắc là các thiết bị hệ số nhiệt độ dương.
7) Với thiết kế cẩn thận, một mosfet có thể được chế tạo để hoạt động trong khu vực "tuyến tính" nhỏ hơn, nhưng sẽ làm tiêu hao tổn thất điện năng tương tự như một BJT khi hoạt động bên trong khu vực "tuyến tính" này. Tuy nhiên, MOSFE thường là các thiết bị có hệ số nhiệt độ âm (chúng được bảo vệ quá dòng). Chúng là các thiết bị khá nhạy cảm tĩnh (giống như tất cả các CMOS), do đó, nên thực hiện các biện pháp phòng ngừa và phải có thiết bị ESD khi xử lý FET.
CHUYÊN NGHIỆP BJT :
BJT Nhược điểm :
PROS MOSFE điện :
Điện MOSFET Nhược điểm :
Hy vọng rằng điều này có thể làm rõ hơn sự phù hợp của lựa chọn BJT so với MOSFET cho một nhiệm vụ nhất định.
Không, một darlington không cung cấp cho bạn "khả năng xử lý năng lượng" nhiều hơn một BJT (bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực, đây là những loại có trong các loại NPN và PNP). Trong thực tế, một darlington là xấu cho việc xử lý năng lượng do giảm điện áp lớn khi bật. Điều này gây ra sự tiêu tan nhiều hơn ở cùng một dòng với một BJT.
Ưu điểm duy nhất của darlington là mức tăng hiện tại của nó cao hơn nhiều so với một BJT. Đó là hiệu quả đạt được của hai BJT tạo nên darlington nhân với nhau. Điều này có thể hữu ích khi chuyển đổi dòng điện thấp được điều khiển bởi tín hiệu trở kháng cao và bạn không cần tốc độ cao.
Có nhiều cách khác để bắt đầu với tín hiệu trở kháng cao và cung cấp đủ dòng để điều khiển một phần tử chuyển mạch BJT duy nhất.
Đối với sự khác biệt giữa MOSFET và BJT, mỗi cái đều có ưu điểm và nhược điểm. BJT được điều khiển với dòng điện ở điện áp thấp. Bất kỳ BJT có thể được điều khiển với điện áp mức logic. FET được điều khiển bằng điện áp, và tất cả trừ một số FET điện áp tương đối thấp (lên đến 30 V hoặc hơn), cần ổ đĩa cổng 10-12 V. Điều đó đòi hỏi một chip hoặc mạch điều khiển FET đặc biệt để điều khiển FET từ tín hiệu mức logic thông thường.
Cả BJT và FET đều có thể xử lý sức mạnh đáng kể trong trường hợp phù hợp. Các BJT trông giống như một nguồn điện áp khi bật và FET giống như một điện trở hơn. Cái nào tiêu tan ít năng lượng hơn phụ thuộc vào dòng điện và Rdson của FET. Ở một vài ampe và 10 volt, FET hoạt động hiệu quả hơn kể từ thời điểm hiện tại, Rdson nhỏ hơn 200 mV hoặc thậm chí là một BJT bão hòa. Sự sụt giảm điện áp FET đi lên tuyến tính với dòng điện. Sự sụt giảm điện áp của một BJT bắt đầu cao hơn nhưng tăng ít hơn tuyến tính với dòng điện. Ở dòng điện cao, một BJT có thể giảm điện áp. Ngoài ra, các FET phải chịu được điện áp cao hơn có Rdson cao hơn, do đó, các BJT trông giống như một thỏa thuận tốt hơn ở các dòng điện và điện áp cao hơn. Khi tiêu tan và giảm vài mV không phải là vấn đề lớn, nó sẽ giảm giá,
Các FET cũng khó hơn (nói chung) đối với mạch điện áp thấp để lái xe hơn so với các BJT (nói chung.)
Sẽ không có gì lạ khi cần VSS 5 hoặc 10 volt để đạt được điện áp "bật" được chỉ định cho FET - điều này đòi hỏi một số cảm xúc khó chịu nếu bạn đang lái nó từ thiết bị 3.3V. Hoặc, một số FET yêu cầu Vss bị kéo âm để tắt.
Một BJT cần một số dòng điện, ở mức ~ 0,7V hoặc ~ 1,4V cho Darlington - và không có mạch điều khiển bổ sung để tạo ra điện áp điều khiển ra khỏi phạm vi hoạt động của micro.
Điều này không áp dụng cho tất cả các trường hợp - nhưng nó áp dụng cho các trường hợp đủ để là câu trả lời đôi khi.
Ngoài các điểm của b degnan, nếu cả FET và BJT đều bị sai lệch về độ bão hòa để điều khiển tải rất cao, thì một BJT có thể hiệu quả hơn. Hãy nhớ lại rằng tổn thất điện năng từ cống đến nguồn trong FET bão hòa được đưa ra bởi I ^ 2 * Rdson, trong đó tổn thất điện năng trong một BJT bão hòa từ colletor đến bộ phát được đưa ra bởi I * Vjeft; cái sau quy mô tuyến tính với hiện tại, trong đó quy mô trước theo phương trình bậc hai . Khi dòng điện thấp, FET thường hiệu quả hơn, đặc biệt là vì Rdson thường thấp hơn Vjeft ở dòng điện thấp, nhưng tùy thuộc vào từng thiết bị được đề cập và điều kiện sai lệch, có thể thay đổi khi dòng tải tăng.
Cũng có thể lý do không phải là về những gì tốt nhất cho mạch này, mà là những gì tốt nhất cho tất cả các mạch mà kỹ sư mong đợi. BJT cho phép linh hoạt hơn và sử dụng lại một chút; nếu bạn tìm thấy trường hợp bạn muốn có bộ khuếch đại loại A thay vì loại D, thì một chiếc BJT có thể sẽ hoạt động tốt hơn FET. Điều này có thể không quan trọng nếu bạn không thiết kế nhiều mạch hoặc nếu sự cạnh tranh cho sản phẩm của bạn quá khốc liệt đến mức bất kỳ lợi thế nhỏ nào về thông số kỹ thuật hoặc chi phí là rất quan trọng, nhưng nếu không, có thể sử dụng lại các bộ phận và do đó có Bạn cần ít bộ phận hơn để lưu trữ / nguồn / lưu trữ dữ liệu, có thể tiết kiệm thời gian, công sức và tiền bạc so với việc có các phần tốt nhất duy nhất cho mỗi trường hợp.
Trong một vài ví dụ về Arduino, bạn thấy mọi người sử dụng bóng bán dẫn để cung cấp năng lượng cho động cơ. Ví dụ, trong trường hợp này, anh ta đang sử dụng bóng bán dẫn Darlington ... Có lý do nào để sử dụng bất cứ thứ gì ngoài MOSFET không (trừ khi bạn không có, và bạn có loại khác không?)
Anh ta có lẽ không biết gì hơn. Transitor Darlington là một công nghệ cũ đã được thay thế phần lớn. Chúng có điện áp cao (thường là tối thiểu 1.1V , trong khi FET tốt nên giảm dưới 0,2V), khả năng mang dòng kém và tốc độ chuyển mạch chậm. Không giống như MOSFET, các bóng bán dẫn lưỡng cực không có điốt cơ thể tích hợp, vì vậy trong mạch cầu bạn cần điốt đi ngược bên ngoài để xử lý back-emf cảm ứng. Tôi không thể nghĩ ra bất kỳ lý do chính đáng nào để sử dụng một với Arduino.
Nhưng những người có sở thích vẫn sử dụng chúng vì họ chỉ sao chép các mạch cũ và không biết rằng có sẵn các lựa chọn thay thế tốt hơn. Tương tự như vậy, bạn sẽ thấy mọi người đang cố gắng sử dụng ULN2003 hoặc L298 để điều khiển động cơ ở một số Amps hoặc FET cổ như IRF540 cần ổ 10V Gate. Sau đó, họ sử dụng bộ chỉnh lưu 1N4004 phục hồi chậm như một diode flyback!
Nói tóm lại, đừng cho rằng một số dự án nghiệp dư bạn tìm thấy trên Internet đã được thiết kế đúng cách, bất kể trang web xuất hiện như thế nào ...
Chà, MOSFET sẽ tốt hơn nếu so với các BJT (bạn có thể tự mình tìm kiếm ưu và nhược điểm).
Trong trường hợp cụ thể của bạn, không, IC cặp Darlington hoàn toàn không cần thiết. Kích thước động cơ khá nhỏ, vì vậy nó sẽ không bao giờ thu hút được hơn 100 mA hàng đầu. Một BJT (BC547) sẽ tạo ra hiệu ứng tương tự.
Để trả lời câu hỏi của bạn, đây thực sự là một quyết định thiết kế, tìm sự cân bằng giữa chi phí và hiệu quả.
Các BJT luôn rẻ hơn nhiều so với các MOSFET. Vì vậy, trong các ứng dụng nhỏ và các dự án nhỏ như trong liên kết mà bạn đã đề cập, tải sẽ không bao giờ rút quá 100 mA, vì vậy BC547 giá rẻ sẽ là lựa chọn tốt hơn so với MOSFET có khả năng xử lý nhiều hơn vài ampe (trường hợp chung), nhưng nó tốn kém hơn