Esta es una pregunta sobre la potencia necesaria para controlar un circuito de transistor, es decir, la corriente base en BJT frente a la corriente de compuerta en MOSFET.
¿Por qué hay poder de reposo disipado por las corrientes de base de BJT?
¿Por qué no sucede con MOSFETS?
La clave de la respuesta está oculta en el nombre largo del MOSFET, que es un transistor de efecto de campo con semiconductor de óxido metálico.
La capa de óxido aísla la puerta del canal (fuente de drenaje). Para que se controle el MOSFET, se aplica una tensión entre la puerta y la fuente, pero debido al aislamiento, la tensión no puede hacer que una corriente fluya de la puerta a la fuente. Las corrientes de la compuerta se vuelven significativas solo cuando cambia el voltaje, es decir, cuando pone más carga en la compuerta o retira la carga de la compuerta. La resistencia que se forma entre el drenaje y la puerta depende del campo creado por la puerta cercana, es decir, el voltaje de la puerta. Por lo tanto, los MOSFET son esencialmente dispositivos controlados por voltaje, no dispositivos controlados por corriente.
Un BJT permitirá (y requerirá) que la corriente fluya hacia la base cuando aplique un voltaje entre la base y el emisor. Esta corriente controla la corriente desde el colector hasta el emisor. Incluso si no te importa la "acción del transistor", la parte de la base al emisor actuará como un diodo, es decir, permitirá que la corriente fluya si se desvía de la manera correcta. Se puede decir que los BJT son dispositivos controlados por corriente más que dispositivos controlados por voltaje, aunque primero necesita un voltaje como la causa para que fluya la corriente. Ahora ... la corriente por sí sola todavía no explica la potencia (corriente * voltaje) disipada por el BJT. Al igual que con los diodos, hay una caída de voltaje (aproximadamente 0.7 V) en la parte B-E del BJT. Multiplique su corriente de base con este "descenso de diodo", y tendrá una potencia disipada por la corriente de base.
Esta explicación es bastante breve y, de lejos, no cubre todo, pero le brinda al menos algunas ideas sobre dónde comenzar a profundizar.
Sin embargo, su pregunta solo tiene sentido cuando se mira cualquiera de los transistores en el contexto de un circuito completo. Un npn BJT solo puede estar apagado sin base y sin corriente de colector, por lo que no hay corriente de reposo. Considere un circuito lógico más grande en la lógica RTL (lógica de resistencia-transistor) frente a la lógica CMOS (MOS complementaria). Con RTL, siempre habrá algunos transistores que conducen y otros que no, así que algunos disiparán la energía y otros no, incluso si el circuito "no hace nada", es decir, no cambia su estado. El CMOS solo requerirá una cierta carga (des) de carga de la puerta cuando cambie su estado.
Algo similar es cierto para los LDO basados en MOSFET (reguladores de voltaje) en comparación con los LDO basados en BJT.
Eso no es exactamente una afirmación verdadera "es decir, ¿por qué no sucede con los MOSFET?". Es cierto para los circuitos de tipo lógico, pero para los circuitos analógicos, ambos tipos de transistores consumen energía y, de hecho, en los BiCMOS (la combinación de los dos) se pueden usar BJT para obtener un rendimiento a una potencia más baja, en algunos casos.
Al restringir la respuesta solo a circuitos basados en lógica, podemos llegar a lo siguiente:
Los BJT funcionan esencialmente con corrientes y el transistor (en un modelo simple) es un amplificador de corriente. El modelo simple equivalente de CMOS es el de una fuente de corriente controlada por voltaje, con la puerta de control como un condensador.
En los circuitos CMOS, las fuentes de transistores o sumideros de corriente en los nodos de control de otros transistores "corriente abajo" por lo que el aspecto de "corriente" de los transistores solo ve cargas de condensadores (otras puertas de transistores). Con un condensador, solo es necesario que fluya corriente para cambiar el voltaje en él, ya sea inyectando corriente en el nodo para elevarlo o agotando la carga para reducirlo. Una vez que el condensador está en un estado dado, la corriente no necesita y, de hecho, deja de fluir.
En los circuitos BJT, debe proporcionar una corriente (aunque muy pequeña) al siguiente transistor de flujo descendente para que el transistor amplifique esa corriente para establecer su nuevo estado. Es simplemente el hecho de que siempre hay que suministrar algo de corriente en todos los estados en que los BJT consumen más energía.
Para resumir (usando modelos simples):
CMOS fluye corriente en cambio, BJT fluye menos corriente continuamente.
Si por "inactivo" quiere decir "apagado", como en "no hay corriente de drenaje o colector deseada", creo que se equivoca al pensar que los MOSFET pierden menos corriente que los BJT. La hoja de datos de BC547 (BJT) enumera la colección actual en \ $ 15nA \ $. 2N7000 (MOSFET) muestra la corriente de drenaje de voltaje de la puerta cero como \ $ 1 \ mu A \ $, aproximadamente 66 veces más.
Un BJT amplifica la corriente (\ $ I_c = I_b \ times H_ {fe} \ $). Ambas corrientes fluyen fuera del emisor. \ $ H_ {fe} \ $ es la ganancia (consulte las hojas de datos). Un BJT también tiene una caída de diodo entre la base y el emisor, normalmente \ $ V_ {be} \ gt 0.7V \ $.
Como resultado, el circuito del controlador para un BJT debe suministrar alimentación \ $ V_ {be} \ times I_ {b} \ $, si \ $ I_c \ gt 0 A \ $, incluso si Ic es constante. En particular para BJT de alta corriente, \ $ H_ {fe} \ $ puede ser bajo, a menudo menos de 10, por lo que tienen altas pérdidas de potencia. Un darlington (dos BJT apilados) tendrá una mayor \ $ H_ {fe} \ $, pero \ $ V_ {be} \ $ al menos se duplica.
Un FET (no solo MOSFET) controla la resistencia en la ruta de la fuente de drenaje con un campo eléctrico generado por el voltaje \ $ V_ {gs} \ $ entre la puerta y la fuente. Existe una resistencia muy grande entre la puerta y la fuente, pero también una capacitancia muy grande.
Si \ $ V_ {gs} \ $ es constante, la capacitancia no importa mucho. Se carga una vez y luego no hay más corrientes. Si solo le interesa la potencia de reposo y tiene disponible el voltaje de excitación necesario, un FET es una buena opción para la conmutación. Sin embargo, si en algún momento tiene que cambiar las señales de alta frecuencia, la corriente capacitiva puede aumentar.
Preguntó sobre la corriente de reposo, pero para darle una idea, en los proyectos en los que trabajé, el cruce en el que la potencia de la unidad BJT se redujo a la potencia de la unidad FET fue de alrededor de 60 kHz.
Si le preocupa la alimentación de la unidad cerca del estado de apagado, considere los FET de modo de agotamiento. Aquellos conducen con \ $ V_ {gs} = 0 \ $ y se apagan aplicando un voltaje.
Para obtener lo mejor de ambos mundos, se pueden usar IGBT, que combinan FET y BJT, pero cuestan mucho más y los conductores pueden ser complicados una vez que ingresas al rango de MW.