スイッチとして販売されている電界効果トランジスタ（FET）とアンプの違いは何ですか？
回答:
トランジスタの設計にはさまざまな選択肢がありますが、いくつかのトレードオフはスイッチングアプリケーション向けで、その他は「リニア」アプリケーション向けです。
スイッチは、ほとんどの時間を完全にオンまたはオフにするためのものです。したがって、オン状態とオフ状態は重要であり、中間状態の応答曲線はあまり関係がありません。
ほとんどのアプリケーションでは、ほとんどのトランジスタのオフ状態リーク電流は問題にならないほど十分に低くなっています。スイッチングアプリケーションにとって、最も重要なパラメーターの1つは、FETのRdsonおよびバイポーラの飽和電圧と飽和電流によって定量化される「オン」の状態です。これがスイッチングFETがRdson仕様を持つ理由です。完全にオンになっていることを示すだけでなく、これは回路の設計者がどれだけの電圧を落として発熱するかを知ることも重要だからです。
汎用アンプとして使用されるトランジスタは、「線形」領域で動作します。それらの特性はそれほど直線的ではないかもしれませんが、これは、トランジスタが完全にオンでも完全でもオフではない中間の範囲を示すために業界で使用される名前です。実際、アンプを使用する場合は、どちらの制限状態にもまったくヒットしないようにする必要があります。したがって、Rdsonはそのような状態になることは決してないので、それほど適切ではありません。ただし、ゲート電圧とドレイン電圧のさまざまな組み合わせにデバイスがどのように反応するかを知りたいと思うのは、それらの幅広い連続でそれを使用することを計画しているからです。
トランジスタの設計者は、ゲート電圧に対するより比例した応答と、最良の完全な有効抵抗に対する応答を好むトレードオフがあります。このため、一部のトランジスタは、線形動作に対してスイッチとして昇格されます。また、データシートは、使用目的の回路設計者に最も関連する仕様にも焦点を当てています。
パワーMOSFETについては、部品が新しいほど、スイッチングアプリケーション向けに最適化されることを示す良い経験則があります。もともと、MOSFETは、リニア電圧レギュレータ（無負荷損失または全体的な効率を低下させるベース電流がない）またはクラスABオーディオアンプのパス要素として使用されていました。今日、新しいMOSFET世代の開発の原動力は、もちろん、スイッチモード電源の遍在と、周波数変換器によるモーター制御への継続的な成長です。この点で達成されたものは何でも壮観です。
スイッチングMOSFETのすべての新世代で改善されたいくつかの特性：
- R DS、onの低下-伝導損失を最小限に抑えることは、全体的な効率を最大限に高めることを意味するため。
- 寄生容量が少ない-ゲート周辺の電荷が少ないため、駆動損失の低減とスイッチング速度の向上に役立ちます。スイッチング遷移に費やされる時間が減ると、スイッチング損失が少なくなります。
- 内部ダイオードの逆回復時間が短い。より高いdV / dt定格にリンク-これはまた、スイッチング損失の減少に役立ちます。また、MOSFETを強制的に非常に高速で強制的にオフにしたときに、MOSFETを簡単に破壊できないことも意味します。
- 雪崩耐性-スイッチングアプリケーションでは、常にインダクタが関与します。インダクタへの電流を遮断すると、大きな電圧スパイクが発生します。不十分にスナッピングされているか、完全にクランプされていない場合、スパイクはMOSFETの最大電圧定格よりも高くなります。良い雪崩評価とは、壊滅的な障害が発生する前に追加のボーナスが得られることを意味します。
ただし、MOSFETの線形アプリケーションにはあまり知られていない落とし穴が1つあり、それは新世代でより顕著になっています。
- FBSOA（順方向バイアス安全動作領域）、すなわち線形動作モードでの電力処理能力。
確かに、これは古いタイプと新しいタイプのMOSFETの問題ですが、古いプロセスはもう少し寛容でした。これは、ほとんどの関連情報を含むグラフです。
出典：APEC、IRF
ゲート-ソース間電圧が高い場合、温度が上昇するとオン抵抗が増加し、ドレイン電流が減少します。スイッチングアプリケーションの場合、これはまさに完璧です。MOSFETは、高V GSで良好な飽和状態に駆動されます。並列MOSFETについて考えてください。単一のMOSFETには、チップ上に多数の小さな並列MOSFETがあることに留意してください。これらのMOSFETの1つが熱くなると、抵抗が増加し、より多くの電流がその隣のものに「取り込まれ」、ホットスポットのない良好な全体的な分布につながります。驚くばかり。
しかし、ゼロ温度クロスオーバーと呼ばれる2本の線が交差する値よりも低いV GSの場合（IRFのApp'note 1155を参照）、温度が上昇するとR DS、onが減少し、ドレイン電流が増加します。これは、BJTのみの現象であるという一般的な考えに反して、熱暴走があなたのドアをノックする場所です。ホットスポットが発生し、MOSFETが壮大な方法で自己破壊し、近隣の美しい回路の一部を破壊する可能性があります。
噂では、古い横型MOSFETデバイスは、スイッチングアプリケーションに重要な上記の特性に向けて最適化された新しいトレンチデバイスと比較して、内部の並列オンチップMOSFETでの伝達特性のマッチングが優れていたと言われています。これは、私がすでにリンクしている論文によってさらに裏付けられています。新しいデバイスでは、ゼロ温度クロスオーバーの点でV GSがさらに増加していることを示しています。
簡単に言えば、線形アプリケーションまたはスイッチングアプリケーションに適したパワーMOSFETがあります。線形アプリケーションは、電圧制御電流シンクなどのニッチアプリケーションのようなものになったため、順バイアスの安全動作領域（FB-SOA）のグラフに対する特別な注意が必要です。DC動作用のラインが含まれていない場合、これはデバイスが線形アプリケーションでうまく機能しない可能性が高いという重要なヒントです。
IRFの論文へのリンクがもう1つあります。これは、私がここで言及したほとんどのことをうまくまとめたものです。