Материал: TTE_Lect1

Рисунок 12.4 – Еквівалентна схема польового транзистора

У даній схемі враховано, що підкладка в ПТУП з’єднується з

затвором, а в МДН – транзисторах – з витоком. Елементи rc та rв - це опори ділянки НП, які знаходяться між омічними контактами стоку,

витоку й затвора. Елемент rКсер - середній розподільний опір каналу,

через який заряджається і розряджається ємність між затвором і витоком Cзв . Елементи Rcз і Rзв - це опори ввімкнених у зворотному

напрямі керувальних p-n – переходів у ПТУП, або опори між стоком і зватвором, затвором і витоком у МДН - транзисторах. Джерело струму

та rв у ПТУП становлять десятки Ом, у МДН - транзисторів – частки Ом. Опори Rcз та Rзв великі й для ПТУП становлять сотні кілоомів, а

Частотні властивості ПТУП визначають здебільшого ділянкою затвор – витік фрагмент схеми (рисунок 12.4) з елементами Cзв , rКсер ,

Rзв ). Вхідна змінна напруги Uзв розподіляється між ємністю Cзв і

середнім опором каналу rКсер . Безпосередньою керувальною напругою,

під дією якої змінюються товщина p-n – переходу і ширина каналу, є 161

реактивний опір ємності Cзв зменшується, що приводить до

перерозподілу напруги Uзв на елементах Cзв та rКсер і до зменшення

керувальної] напруги UC зв . Отже, при збільшенні частоти вхідної

напруги підсилювальний ефект транзистора зменшується. Частоту, на якій

1

Cзв rKсер

називають граничною частотою ПТУП з (частотою затвора).

Тобто

З формули (12.12) випливає, що гранична частота ПТУП

залежить від напруги зміщення Uзв0 , оскільки від цієї напруги залежить товщина p-n – переходу, тобто Cзв і rКсер .

Крім швидкості перезаряду ємності Cзв (тобто сталої часу кола

затвора з =Cзв rКсер =1/ з ), на частотні властивості ПТУП впливає

час прольоту носіїв заряду через канал. Якщо час прольоту виявиться сумірним з періодом вхідного сигналу, то зміна струму стоку не встигає слідкувати за зміною керувальної напруги на затворі, й динамічна крутизна ПТ зменшується. Але в реальних ПТУП довжина каналу дорівнює 5-10 мкм. Тому час прольоту виявляється значно меншим

сталої часу затвора з і його можна не враховувати.

Граничну частоту МДН - транзисторів визначають за формулою

12.3 Потужні польові транзистори

Потужні польові транзистори в ключовому і підсилювальному режимах повинні забезпечувати високий ККД. У ключовому режимі треба намагатися, щоб опір транзистора у відкритому стані був

будуть мінімальними. В підсилювальному режимі великий опір каналу ПТ приводить до зменшення крутизни за рахунок перегріву, а також із причини виникнення негативного зворотного зв’язку через опір витоку

rв .

Тому головною вимогою до потужних ПТ є зниження опору каналу. З цією метою у приладі використовують велику кількість паралельно з’єднаних каналів або створюють короткий канал завдяки переходу від традиційних горизонтальних (планарних) структур до вертикальних, у яких напрям струму перпендикулярний до поверхні струму.

Необхідно пропускати великі струми і розсіювати значні потужності, що робить необхідним збільшення площі структури потужних ПТ, а це викликає збільшення паразитних ємностей і, як наслідок, зменшення швидкодії ПТ. Тому створення потужного і разом з тим швидкодіючого (високочастотного) ПТ – це важлива проблема напівпровідникової електроніки.

12.3.1 Потужні МДН - транзистори

Такі транзистори мають короткий канал, який забезпечує низький опір відкритого транзистора у ключовому режимі й високу крутизну в підсилювальному режимі (рисунок 12.5).

163

Рисунок 12.5 – Фрагмент структури багатоканального потужного МДН – транзистора

У цих приладах багатоканальність поєднується з вертикальністю структури. V - подібні затвори таких ПТ сприяють збільшенню багатоканальності приладу, оскільки кожний “обслуговує” два витоки і два канали. Основні особливості приладу рисунка 12.5 – це зменшення довжини каналу і використання високоомної стокової n- області, через яку відбувається дрейф носіїв заряду струму стоку. Просте укорочення каналу призвело б до зниження пробивної напруги між стоком затвором. Уведення додаткової дрейфової області дозволяє зберегти значення пробивної напруги транзистора.

Польові МОП ПТ і БТІЗ силові транзистори мають безперечні переваги порівняно з біполярними. Сьогодні в нових розробках біполярні транзистори практично не зустрічаються.

Як і всі потужні напівпровідникові прилади, МОП ПТ мають технічні особливості, які необхідно враховувати для одержання реальних працюючих пристроїв.

Потужні МОП ПТ мають ряд істотних переваг перед біполярними транзисторами як у лінійному режимі так й імпульсному. Переваги полягають у швидкості перемикання, відсутності вторинного пробою, широкої області безпечної роботи й високому коефіцієнті підсилення. Перераховані переваги є вирішальними для їхнього застосування в таких пристроях, як високочастотні імпульсні джерела електроживлення, перетворювачі й інвертори для керування швидкістю

164

електродвигунів постійного і змінного струмів, ультразвукові генератори, звукові підсилювачі, високочастотні генератори для індукційного нагрівання й т.д.

Більшість МОП ПТ мають внутрішній інтегральний діод зворотного ходу, ввімкнений у зворотному напрямку між стоком і джерелом. Максимальний струм зворотного діода такий самий, як у транзистора.

На відміну від біполярних транзисторів при роботі з МОП ПТ необхідно виконувати деякі запобіжні заходи. Потужні МОП ПТ, будучи МОП - приладами, можуть бути ушкоджені статичним зарядом.

Швидке перемикання МОП ПТ вимагає швидкого заряду затвора за короткий проміжок часу, але паразитні індуктивності проводів і висновків обмежують струми затвора й швидкість перемикання.

Єдиним способом зниження індуктивних складових у ланцюзі затвора є зменшення відстані між схемою керування і МОП ПТ, однак це складно здійснити на практиці внаслідок реальних розмірів компонентів і обмежень, що виникають при розробці конструкції. Паразитні індуктивні складові в ланцюзі затвора можуть призвести до появи генерації.

Останні розробки МОП ПТ із малим зарядом затвора дозволяють одержувати малі часи перемикання й форми напруг, близькі до теоретичного при порівняно простих схемах керування.

У даний час багато виробників випускають МОП ПТ на визначення граничних потужностей від десятків до сотень ватів, напруги від десятків до тисячі вольтів і на граничні струми від одиниць до сотень амперів. Загальні параметри деяких транзисторів меншої потужності наведені в табл.12.1, а більшої - у табл.12.2, де взяті такі позначення:

-Uси - постійна напруга стоку-джерела;

-Rси - опір у відкритому стані;

-Iс - безперервний струм стоку;

-Iсм - імпульсний струм стоку;

-Rt - максимальний тепловий опір;

-Р - макс. розсіююча потужність.

165