什么时候 MOSFET 比 BJT 更适合用作开关？

答：1) MOSFET 在以下情况下优于BJT：

1. 当您需要非常低的功率时。
   1. MOSFET是电压控制的。所以，你可以只给他们的 Gate 充电一次，现在你没有更多的电流消耗，他们会继续工作。另一方面，BJT 晶体管是电流控制的，因此要使它们保持导通，您必须通过其基极到发射极通道保持源极（对于 NPN）或灌入（对于 PNP）电流。这使得 MOSFET非常适合低功率应用，因为您可以让它们消耗更少的功率，尤其是在稳态（例如：始终开启）情况下。
2. 当您的开关频率不太高时。
   1. 开关速度越快，MOSFET 就会开始失去效率增益，因为：
      1. 反复对它们的栅极电容进行充电和放电就像反复对一小块电池进行充电和放电一样，这会消耗功率和电流，尤其是因为您可能会将那微小的电荷放电到 GND，这只是将其倾倒并将其转化为热量而不是恢复它。
      2. 高栅极电容可能涉及相当大的瞬时输入和输出电流（例如，对于 TO-220 尺寸的部件，高达数百 mA），并且功率损耗与电流的平方成正比( P = I^2 * R)。这意味着每次将电流增加一倍时，部件的功率损耗和发热就会增加四倍。具有高速开关的 MOSFET 上的高栅极电容意味着您必须有大的栅极驱动器和非常高的 MOSFET 驱动电流（例如：+/-500mA），而不是 BJT 的低驱动电流（例如：50mA）。因此，与驱动 BJT 基极相比，更快的开关频率意味着驱动 MOSFET 栅极的损耗更大。
      3. 栅极的快速切换也显着增加了通过主漏极到源极通道的损耗，因为切换频率越快，您在晶体管的欧姆区域花费的时间（或每秒次数，但是您想考虑它）越多，这是完全开启和完全关闭之间的区域，其中R_DS（从漏极到源极的电阻）很高，因此损耗和热量产生也很高。
      4. 因此，总而言之：开关频率越快，MOSFET 晶体管失去的效率增益就越多，否则它们自然比 BJT 晶体管具有更多的效率增益，并且从“低功耗”的角度来看，越多的 BJT 晶体管开始具有吸引力。
   2. 此外（请参阅下面的参考书、引用和示例问题！）BJT 晶体管可以比 MOSFET 更快地切换触摸（例如：下面的“示例 G.3”中的 15.3 GHz 与 9.7 GHz）。
3. 当您的功率和电流要求成为主要因素时。
   1. 对于任何给定的组件封装尺寸，我在寻找零件方面的个人经验表明，最好的 BJT 晶体管只能驱动最好的 MOSFET 晶体管的 1/10 左右的电流。因此，MOSFET 擅长驱动大电流和大功率。
   2. 示例：TIP120 NPN BJT 达林顿晶体管只能驱动大约5A的连续电流，而采用相同物理 TO-220 封装的IRLB8721 N 沟道逻辑电平 MOSFET可以驱动高达62A的电流。
   3. 此外，这非常重要！: MOSFET 可以并联放置以增加电路的电流能力。例如：如果一个给定的 MOSFET 可以驱动 10A，那么并联 10 个可以驱动 10A/MOSFET x 10 个 MOSFET = 100A。但是，不建议将 BJT 晶体管并联，除非您对每个并联的 BJT 晶体管进行有源或无源（例如：使用功率电阻）负载平衡，因为 BJT 晶体管是二极管的在自然界中，因此在并联放置时更像二极管：从集电极到发射极的二极管电压降 VCE 最小的二极管最终会通过最大的电流，可能会损坏它。因此，您必须添加一个负载平衡机制：例如：一个电阻很小但功率很大的功率电阻器，它与每个并联的 BJT 晶体管/电阻器对串联。同样，MOSFET 没有此限制，因此非常适合并联放置以增加任何给定设计的电流限制。
4. 当您需要将晶体管蚀刻到集成电路中时。
   1. 显然，根据下面的引用以及许多其他来源，MOSFET 更容易小型化并蚀刻到 IC（芯片）中，因此大多数计算机芯片都是基于 MOSFET 的。
5. [我需要找到这个来源——如果你有，请发表评论]当电压尖峰鲁棒性不是你的主要关注点时。
   1. 如果我没记错的话，BJT 晶体管比 MOSFET 更能抵抗瞬间超过其额定电压。
6. 当您需要一个巨型（大功率）二极管时！
   1. MOSFET 具有内置的自然体二极管，有时甚至在 MOSFET 的数据表中指定和额定。这个二极管经常可以处理非常大的电流，并且非常有用。例如，对于可以将电流从漏极切换到源极的 N 沟道 MOSFET (NMOS)，体二极管的走向相反，从源极指向漏极。因此，在必要时可以随意利用这个体二极管，或者直接将 MOSFET 用作二极管。
   2. 以下是对“mosfet body diode”和“mosfet diode”的快速谷歌搜索，以及一篇简短的文章：DigiKey：MOSFET 内部本征体二极管的意义。
   3. 但是要注意，由于这个体二极管，MOSFET 不能自然地阻断、切换或控制相反方向的电流（N 沟道从源极到漏极，或 P 沟道从漏极到源极），因此使用 MOSFET 切换交流电流，您需要将两个 MOSFET 背靠背放置，以便它们的二极管一起工作，以适当地阻止或允许电流，并结合您可能执行的任何有源开关来控制 MOSFET。

2）因此，在以下几种情况下，您可能仍会选择 BJT 而不是 MOSFET：

（更相关的原因以粗体显示——这有点主观）。

1. 您需要更高的开关频率。
   1. 往上看。
   2. （尽管我认为这很少是一个问题，因为这些天MOSFET可以如此快速地切换）。有很多实际高频设计经验的人可以随意插话，但根据下面的教科书，BJT 更快：
      1. 示例：某个 NPN BJT 晶体管达到15.3 GHz ，集电极电流 I_C 为 1 mA，而类似的 NMOS 晶体管（N 沟道 MOSFET）在漏极电流 I_D下仅达到9.7 GHz的转换频率， 1毫安。
2. 你需要做一个运算放大器。
   1. 我在下面引用的教科书说 BJT 对此有好处（用于制造运算放大器）（强调添加）：

      因此可以看出，这两种晶体管类型中的每一种都有其独特的优势：双极技术在设计非常高质量的通用电路构建块（例如运算放大器）中非常有用。

3. [结果可能会有所不同]您非常关心成本和可用性。
   1. 在选择零件时，有时许多零件都适用于给定的设计目标，有时 BJT 可能更便宜。如果是，请使用它们。由于 BJT 的存在时间比 MOSFET 长得多，我购买零件的有限的主观经验表明 BJT 真的很便宜，并且有更多多余和便宜的选择可供选择，尤其是在寻找通孔 (THT) 零件以方便手工操作时焊接。
   2. 但是，您的体验可能会有所不同，甚至可能取决于您所在的世界（我不确定）。来自现代知名供应商（如 DigiKey）的现代搜索表明，事实恰恰相反，MOSFET 再次获胜。2020 年 10 月在 DigiKey 上的搜索显示MOSFET的 37808 个结果，其中11537 个是 THT，BJT 只有 18974 个结果，其中8849 个是 THT。
   3. [更相关]驱动 MOSFET 经常需要的栅极驱动器 IC 和电路（见下文）可能会增加基于 MOSFET 的设计的成本。
4. 您希望设计简单。
   1. 所有 BJT 都是有效的“逻辑电平”（这实际上不是 BJT 的概念，但请耐心等待），因为它们是电流驱动的，而不是电压驱动的。将此与 MOSFET 形成对比，后者大多数需要10V~12VV_GS的栅极到源极电压才能完全开启。在使用 3.3V 或 5V 微控制器时，创建电路以驱动具有这些高电压的 MOSFET 栅极是一件很痛苦的事情，尤其是对于新手而言。您可能需要更多的晶体管、推挽电路/半 H 桥、电荷泵、昂贵的栅极驱动器 IC 等，只是为了打开臭气熏天的东西。将此与 BJT 进行对比，您只需要一个电阻，您的 3.3V 微控制器就可以很好地打开它，特别是如果它是一个达林顿 BJT 晶体管，因此它具有巨大的Hfe增益（大约 500~1000 或更多）并且可以用超低 (<1~10 mA) 电流打开。
   2. 因此，要正确驱动 MOSFET 晶体管作为开关而不是简单的 BJT 晶体管作为开关，设计可能会变得更加复杂。然后解决方案是使用“逻辑电平”MOSFET，这意味着它们被设计为通过微控制器“逻辑电平”控制其栅极，例如 3.3V 或 5V。然而，问题是：逻辑电平 MOSFET 仍然更稀有，可供选择的选项更少，相对而言，它们要贵得多，而且在尝试进行高速时，它们仍然可能需要克服高栅极电容交换。这意味着即使使用逻辑电平 MOSFET，您仍可能需要直接回到更复杂的设计，以获得推挽式栅极驱动器电路/半 H 桥，或大电流、昂贵的栅极驱动器 IC以实现逻辑电平 MOSFET 的高速开关。

这本书 (ISBN-13: 978-0199339136) Microelectronic Circuits (The Oxford Series in Electrical and Computer Engineering)，第 7 版，作者 Adel S. Sedra 和 Kenneth C. Smith，在“附录 G：MOSFET 和 BJT 的比较”中”（在此处在线查看），提供了一些额外的见解（已添加重点）：

G.4 结合 MOS 和双极晶体管——BiCMOS 电路

从上面的讨论可以看出，在相同的直流偏置电流值下，BJT 比 MOSFET 具有更高的跨导 (gm) 优势。因此，除了在每个放大器级实现更高的电压增益外，双极晶体管放大器与 MOS 对应物相比还具有出色的高频性能。

另一方面，MOSFET 栅极处几乎无限的输入电阻使得设计具有极高输入电阻和几乎为零输入偏置电流的放大器成为可能。此外，如前所述，MOSFET 提供了出色的开关实现方式，这一事实使 CMOS 技术能够实现双极晶体管无法实现的大量模拟电路功能。

因此可以看出，这两种晶体管类型中的每一种都有其独特的优势：双极技术在设计非常高质量的通用电路构建块（例如运算放大器）中非常有用。另一方面，CMOS 以其非常高的封装密度和对数字和模拟电路的适用性，已成为实现超大规模集成电路的首选技术。 然而，如果设计人员拥有可用的（在同一芯片上）双极晶体管，这些晶体管可用于需要其高 gm 和出色电流驱动能力的功能，则 CMOS 电路的性能可以得到提高。 一种允许在与 CMOS 电路相同的芯片上制造高质量双极晶体管的技术被恰当地称为BiCMOS。在本书的适当位置，我们展示了有趣且有用的 BiCMOS 电路块。

这个答案重复了这一点：BJT 在现代集成电路中的使用程度与 MOSFET 相同吗？.

在上面引用的教材的“附录G”中，也可以参考“示例G.3 ”。在这个例子中，他们展示了一个 NPN BJT 晶体管达到了一个转换频率，f_T高达15.3 GHz，集电极电流I_C为 1 mA。这与 NMOS 晶体管（N 沟道 MOSFET）在1 mA的漏极电流下仅达到9.7 GHz的转换频率形成对比。I_D

使用晶体管的额外研究和帮助，无论是 BJT 还是 MOSFET

1. [我的回答]使用 Arduino 的 5V 输出切换电磁阀？ - 在这里，我提供了一个完整、详细的教程，介绍如何阅读 NPN BJT 晶体管数据表、提取必要的值、计算增益、电流以及驱动螺线管或继电器或其他感应负载所需的电阻器和其他组件，包括必要的缓冲二极管，以消除有害的反电动势电压和电流以及“振铃”。

BJT 在开启时会浪费一些电流，无论负载是否正在消耗任何东西。在电池供电的设备中，使用 BJT 为负载变化很大但通常很低的设备供电最终会浪费大量能量。但是，如果使用 BJT 为具有可预测电流消耗的东西供电（例如 LED），那么这个问题并没有那么严重。可以简单地将基极-发射极电流设置为 LED 电流的一小部分。

良好的 N 沟道 MOSFET 在适当偏置时将具有非常低的（漏源等效电阻），这意味着它在打开时的行为非常类似于实际开关。您会发现，MOSFET 导通时的电压低于 BJT 的（集电极-发射极饱和电压）。$R_{ds(on)}$$V_{ce(sat)}$

2N2222 的为，具体取决于偏置电流。$V_{ce(sat)}$$0.4V - 1V$

VN2222 MOSFET 的最大为。$R_{ds(on)}$$1.25 \Omega$

您可以看到 VN2222 在漏源上的耗散要少得多。

此外，如前所述，MOSFET 是跨导器件 - 栅极上的电压允许电流通过器件。由于栅极对源极具有高阻抗，因此您不需要恒定的栅极电流来偏置器件 - 您只需克服固有电容即可使栅极充电，然后栅极消耗变得微不足道。

BJT 比 MOSFET 更适合从 MCU 驱动低功率 LED 和类似设备。MOSFET 更适合高功率应用，因为它们的开关速度比 BJT 快，使它们能够在开关模式电源中使用更小的电感器，从而提高效率。