BJT o MosFET ?

Transistor BJT o MOSFET?

E' meglio utilizzare un transistor bipolare (Bipolar Junction Transistor) oppure un MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)?

Il transistor o transistore BJT ha tre terminali identificati con Base, Collettore ed Emettitore; il controllo della corrente che fluisce  dal collettore all'emettitore (verso convenzionale) avviene per effetto della corrente di base che è hFE volte minore (guadagno in corrente). In poche parole con una piccolissima corrente di base Ib dell'ordine di qualche mA controllo una corrente di collettore IC di diversi Amperè.
Anche il MOSFET si presenta con tre terminali identificati con Gate, Drain e Source; il controllo della corrende che fluisce dal Drain al Surce (sempre considerando il verso convenzionale) avviene per effetto della tensione di Gate che permette di formare il canale di conduzione Drain-Source. Nel caso del MOSFET quindi il controllo avviene per mezzo di una tensione e non assorbe corrente dal circuito di comando.
Sia il BJT che il MOSFET può essere utilizzato o come amplificatore di segnale (applicazioni lineari) o come interruttore (applicazioni switching), siccome tutti i circuiti proposti in questo sito utilizzano il transistor in modalità switching, analizziamo questa situazione tralasciando l'applicazione relativa all' amplificazione dei segnali che richiederebbe un approfondimento particolare.
Diciamo subito che come interruttore di potenza il MOSFET ha caratteristiche migliori rispetto al BJT soprattutto quando le correnti in gioco sono molto elevate oltre i 10A, questo grazie ad una resistenza del canale molto bassa in conduzione che determina una bassa caduta di tensione e di conseguenza una minor dissipazione di potenza, inoltre durante la commutazione permane per un tempo inferiore nella zona attiva ed anche questo risulta favorevole in termini di potenza dissipata. Quando a comandare il MOSFET è direttamente un' uscita del microcontrollore, come nel nostro caso, la scelta si deve orientare verso un MOSFET di tipo LOGIC LEVEL cioè che dispone di una sensibilità di Gate compatibile con i valori 0 - 5V tipici della logica TTL.

I grafici soprastanti riportano le caratteristiche di uscita di due diversi MOSFET, quello di sinistra è relativo ad un dispositivo LOGIC LEVEL tipo BUK9535, mentre quello di destra è relativo ad un classico MOSFET IRF540. Le curve caratteristiche sono riferite a varie tensioni di Gate e riportano il valore della corrente di Drain Id in funzione della tensione VDS (tensione Drain-Source). Questi valori sono ricavati dai data sheet delle ditte costruttrici e reperibili su Internet. Analizzando questi grafici si capisce subito che il mosfet IRF540 (grafico di destra) non permette una commutazione adeguata con una tensione di gate inferiore a 5V, mentre il Mosfet tipo Logic level già con soli 3V di gate permette il controllo di una elevata corrente di Drain. Questo tipo di MOSFET è utilizzabile anche per basse correnti, tuttavia, se il carico da controllare richiede pochi Amperè (3-5A) la scelta di un buon transistor BJT tipo Darlington permette lo stesso risultato, risultando meno costoso e di più facile reperibilità.
Costo indicativo di un MOSFET Logic level BUK9535-55  55V 34A   1,5 €
Costo indicativo di un BJT Darlington tipo BDX33C       100V 10A   0,5 €
La configurazione Darlington permette di avere un dispositivo con elevato guadagno di corrente (hFE) e richiede di conseguenza un basso valore di corrente di base rendendo questo transistor BJT tranquillamente interfacciabile all'uscita del microcontrollore.
Il grafico sottostante a sinistra ci riporta la curva relativa al guadagno di corrente hFE in funzione della corrente di collettore IC; per valori di corrente di uscita compresi tra 0,5 e 4A questo valore si attesta intorno a 3000 quindi, come corrente di base e sufficiente un valore di circa 2mA per mandare in saturazione questo transistor.
Il grafico di destra, sempre relativo al BDX33, ci permette di individuare il valore della massima corrente IC in funzione della Vce. Per una tensione di lavoro di 12V circa, la corrente massima per un BDX33 è pari a 5A, ovviamente quando si fa lavorare un transistor alla condizione di massima potenza dissipabile occorre corredarlo di un dissipatore termico adeguato.

La parte di schema seguente riporta la parte finale del modulo P.W.M. realizzato a transistor BJT.

La parte di schema seguente riporta la parte finale del modulo P.W.M. realizzato a transistor MOSFET.
(N.B. Lo schema è puramente teorico e da verificare).