¿Cuál es la diferencia entre los transistores de unión bipolar de señal pequeña (BJT) comercializados como interruptores versus amplificadores?

Por ejemplo, la MMBT3904 y MMBT3906 BJT se enumeran como NPN / PNP transistores de conmutación , y las hojas de datos mencionar los tiempos de conmutación, mientras que el BC846 y BC856 BJT se enumeran como NPN / PNP transistores de propósito general (y la velocidad de conmutación tendrían que ser deducida mirando la frecuencia de transición f _t ?)

Además de lo obvio (mayor f _t para conmutar transistores): ¿Hay alguna diferencia en la forma en que se diseñan y fabrican? ¿Se puede usar un tipo en la otra aplicación, pero no al revés?

¿Qué pasa con cosas como la capacitancia de Miller, la linealidad y el ruido?

¿Hay ciertos trucos en la geometría del silicio, o la concentración de dopantes?

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Por lo que recuerdo al leer el libro de datos de transistores de Motorola hace unos meses, los transistores de conmutación, como usted dijo, tienen un pie más rápido y debido a esto, tienen una región lineal más pequeña. Los transistores de señal pequeños tienen un pie más lento, pero una región lineal más grande. Recientemente tomé una clase VLSI que desafortunadamente solo se centró en MOSFET. A partir de esto, solo puedo suponer que la longitud de la región N en n PNP o la longitud de la región p en un NPN en un transistor de conmutación es menor, por lo que es más fácil hacer que la región de agotamiento sea lo suficientemente grande como para que el transistor conduzca. También supongo que lo contrario es cierto para los transistores de señal pequeña.

Una diferencia clave que la mayoría de las veces se deja de lado es que la mayoría de los dispositivos electrónicos ACTIVOS están diseñados, fabricados y PROBADOS (aceptados / rechazados) para cumplir con un conjunto muy específico de requisitos:

• Podemos llamar al conjunto anterior de requisitos objetivo PRIMARIO o DEBE, lo que significa que realmente necesitamos lograr un rendimiento muy bueno en estos requisitos para diferenciar nuestro dispositivo y hacerlo mejor que un dispositivo "estándar" o de referencia.
• Luego, hay un segundo grupo de requisitos, SECUNDARIO o AGRADABLE, que no puede pasarse por alto, o nuestro dispositivo puede estar bajo el dispositivo "estándar" en estos otros parámetros. Muy a menudo, los requisitos secundarios están en desacuerdo con los primarios, lo que significa que mejorar en uno de los parámetros primarios empeorará el parámetro secundario. En otras ocasiones, los requisitos secundarios son simplemente costosos de mejorar y realmente no son necesarios para nuestro mercado objetivo o aplicaciones.

Lo anterior sucede simplemente porque no es factible crear un dispositivo activo que sea el más adecuado para todas (muchas) aplicaciones previstas.

Por ejemplo, y en referencia al diseño BJT, para una tecnología de fabricación dada, la "conmutación de alto voltaje" (mayor desglose de la base del colector de avalanchas) necesitará un área de dopantes de difusión más alta, lo que a su vez hará que las capacidades parásitas de entrada y salida sean más altas, y entonces el BJT resultante será más lento que si decidimos no mejorar el BVcb. En este ejemplo simple, las características deseadas "mayor BVcb" y "tiempos de conmutación más rápidos" no pueden mejorarse simultáneamente. Como resultado, al diseñar un dispositivo muy lineal sacrificaré un BVcb más alto para obtener un Ft (ancho de banda de ganancia de unidad) más alto.

Volviendo a la pregunta original, hay TRES razones principales que explican por qué los fabricantes a veces "etiquetan" o subtitulan un dispositivo con adjetivos como "diseñado para cambiar aplicaciones" o "amplificador lineal de uso general":

1. Algunos de los parámetros objetivo que debe optimizar para obtener el "mejor" dispositivo de conmutación bajo una tecnología de fabricación dada son de poca utilidad o funcionan en contra del mejor comportamiento del amplificador lineal: robustez de diodos internos / SCR parásitos, corriente de pico muy alta, Protección ESD, almacenamiento y optimización del tiempo de retraso, alta BVcb, estabilidad térmica ...
2. Hoy en día, es común construir dispositivos discretos de alimentación / conmutación como muchos dispositivos internos conectados en paralelo. Esta técnica mejora naturalmente muchos de los parámetros anteriores que hacen que un "buen dispositivo de conmutación", sin embargo, también haga que el dispositivo sea mucho menos lineal, literalmente.
3. ¡Precio! ¡Mejorar un parámetro que no es necesario para la aplicación de destino seguramente aumentará los costos! ¿Por qué? Debido a que el fabricante ahora tendrá que caracterizar el dispositivo también para los parámetros no realmente necesarios y, lo que es peor, RECHAZAR los dispositivos fabricados que no satisfacen el parámetro nombrado durante la fase de prueba. Esto reducirá el rendimiento del proceso de fabricación y elevará los precios.

El último elemento, caracterizar y probar un parámetro que no es realmente necesario, es fácil de detectar en muchas hojas de datos. Notará que muchos BJT de propósito general (amplificador lineal) no garantizan ni establecen los valores esperados para el almacenamiento y los tiempos de retraso. Por otro lado, el cambio de BJT caracterizará la mayoría de las veces los tiempos de cambio, las formas de onda y los parámetros relacionados, pero no entrará en muchos detalles ni representará la variabilidad de las curvas hie / hfe / hoe.