Новое семейство силовых P-канальных МОП-транзисторов

В статье описано новое семейство P-канальных МОП-транзисторов, рабочие характеристики которых схожи с показателями N-канальных МОП-транзисторов, включая быстрое переключение и работу с обратной полярностью.

P-канальные МОП-транзисторы были созданы с использованием последнего поколения технологий Trench и Polar. Эти устройства обладают всеми преимуществами сопоставимых N-канальных силовых транзисторов, к числу которых относятся очень быстрое переключение, управление с помощью уровня напряжения затвора, простота параллельного соединения и высокая температурная стабильность. У P-канальных МОП-транзисторов, предназначенных для работы с отрицательным напряжением, подложка представляет собой полупроводник N-типа с меньшим удельным сопротивлением и с высоким уровнем напряжения пробоя, поскольку паразитный PNP-транзистор меньше подвержен пробою [1]. По сравнению с силовыми МОП-транзисторами N-типа с сопоставимыми параметрами, у P -канальных устройств лучшая область безопасной работы в прямом направлении (FBSOA — forward-bias safe operating area).

Кроме того, они практически не подвержены феномену шнурового выгорания [2]. Наиболее важным преимуществом P-канальных МОП-транзисторов является упрощенный метод управления затвором при верхнем положении
ключа [3].
Напряжение питания P-канального устройства постоянно, если оно работает как ключ верхнего уровня (ВУ). Напротив, напряжение питания N-канального устройства, используемого в качестве ключа ВУ, изменяется в диапазоне между низким и высоким уровнями постоянного напряжения на шине. Таким образом, для управления N-канальным устройством необходимо использовать драйвер изолированного затвора или импульсный трансформатор. Драйверу требуется другой источник питания, тогда как трансформатор может иногда работать некорректно. Однако во многих случаях драйвер затвора нижнего уровня (НУ) может управлять P-канальным ключом ВУ с помощью цепи сдвига простого уровня, что упрощает схему и во многих случаях — стоимость всего решения. Главным недостатком P-канального устройства является его относительно высокое значение RDS(ON), по сравнению с N-канальным транзистором.

Это значит, что недорогие решения с P-канальными МОП-транзисторами требуют оптимизации устройств за счет снижения R_DS(ON) .
Нам удалось разработать два семейства силовых P-канальных МОП-транзисторов (Polar™ и TrenchP™) с VDS в диапазоне –600…–50 В и током ID25 в пределах –170…–10 А. Оба семейства обладают лучшими в своем классе характеристиками, выполнены в корпусах промышленного стандарта и корпусах собственной разработки ISOPLUS. На рисунке 1 схематически показаны два типа МОП-транзисторов и их схематические обозначения.

Рис. 1. Схематические вид и обозначения p-канального (слева) и n-канального (справа) МОП-транзисторов

Управление затвором

Схема управления P-канальным МОП-транзистором проще и дешевле, чем управление N-канальным МОП-транзистором в качестве ключа ВУ [5]. На рисунке 2 показан пример схемы управления P-канальным ключом ВУ, которая намного проще и дешевле схемы N-канального МОП-транзистора.

В стандартную схему управления затвором N-канального МОП-транзистора добавляются Dz, Rz и Ch. На конденсаторе Ch происходит падение постоянного напряжения между управляющими цепями затворов верхнего и нижнего уровней, поэтому она должна быть намного больше входной емкости P-канального МОП-транзистора. Стабилитрон Dz поддерживает напряжение затвор-исток в диапазоне от отрицательного напряжения стабилизации до 0 В.

Рис. 2. Пример более простой и дешевой схемы управления затвором P-канального МОП-транзистора в ШИМ-приложении

Произведение Ch на Rz определяет скорость регулирования напряжения постоянного тока на Ch. Если это значение слишком малое, возникает большой ток, который может повредить ИС управления затвором или Dz. При слишком большом значении этого произведения P-канальный МОП-транзистор станет слишком медленно переключаться из-за длительного времени нарастания амплитуды сигнала на затворе и может повредить транзистор. Rh3 и Rl2 — резисторы для управления скоростью выключения транзистора. (Rh2 + Rh3)

и (Rl1 + Rl2) — резисторы по управлению скоростью включения транзистора. Часто бывает лучше, если скорость включения меньше скорости выключения [4].
Во многих случаях как P-, так и N-канальные МОП-транзисторы управляются единственной ИС, как видно из рисунка 3. Это наиболее дешевый и простой полумостовой метод управления затвором. Чтобы избежать поперечной проводимости, с помощью разности между скоростью включения и выключения задается мертвое время. Если оно слишком короткое, возникает возможность образования большого количества тепла и риск сбоя в работе транзистора. Если оно слишком продолжительное, снижается выходное напряжение мостовой цепи. На рисунке 4 показана кривая мертвого времени в случае использования одной ИС управления затвором. В такой схеме в начале периода включения каждого транзистора напряжения исток-затвор недостаточно для полного включения устройства, что влечет за собой дополнительные потери мощности.

Таким образом, эта схема не пригодна для приложений с жестким переключением, тогда как для некоторых применений с отключением при нуле напряжения (ZVS — zero-voltage switching), в которых МОП-транзисторы включаются в то время, пока противоположный МОП-транзистор работает в режиме диода, эта цепь может оказаться экономически эффективной [4]. 

Рис. 3. Для управления затворами P- и N-канальных МОП-транзисторов применяется одна ИС

Рис. 4. Мертвое время для единственной ИС управления затвором зависит от напряжения исток-затвор, VGS

Почти все нагрузки, обычно используемые в приложениях автомобильной электроники, включены между ключами и заземлением. Все ключи в этих приложениях находятся на положительной клемме. Для управления N-канальным ключом на очень низкой частоте нельзя использовать импульсный трансформатор. На рисунке 5 показана схема, позволяющая создать более высокое напряжение на затворе, чем напряжение питания.

В тот момент, когда выходной сигнал генератора прямоугольной волны проходит ноль, диод Dc заряжает Cp. Когда выходной сигнал этого генератора находится в положительной области напряжения питания, Cp разряжается через диод Dd. Заряд передается на Cd и далее поступает в цепь управления затвором верхнего ключа.
Как видно из рисунка 6, P-канальный МОП-транзистор значительно упрощает схему рисунка 5 в целом. Вообще говоря, более простая схема отличается большей надежностью. Несмотря на то, что P-канальный ключ имеет большее, чем N-канальный ключ, сопротивление R_DS(ON), во многих случаях эта простая схема позволяет добиться экономически более эффективного решения с более дорогим P-канальным МОП-транзистором.

Рис. 5. Низкочастотный N-канальный МОП-транзистор, управляемый генератором подкачки заряда, который обеспечивает  более высокое напряжение на затворе, чем напряжение DC-звена

Рис. 6. Схема управления низкочастотным P-канальным МОП-транзистором упрощает схему рисунка 5

Сравнение P- и N-канальных МОП-транзисторов

Невозможно создать силовой P-ка­нальный МОП-транзистор с теми же электрическими параметрами, что и у N-канальных устройств. В силу того, что мобильность носителей в силовых N-канальных транзисторах в 2,5—3 раза выше при одинаковом значении R_DS(ON),  размер P-канальных устройств должен быть в 2,5—3 раза больше размера N-канальных транзисторов. Из-за большей площади у P-канального устройства меньше термосопротивление и выше номинальный ток. Его динамические характеристики (емкость, заряд затвора и т.д.), соответственно, другие, и пропорциональны площади кристалла.
В низкочастотных коммутационных приложениях, в которых преобладают потери на проводимость, у P- и N-канального МОП-транзисторов должен быть одинаковый номинальный ток. Следовательно, можно полагать, что их температуры p-n-перехода одинаковы при той же температуре корпуса и токе.

В этом случае площадь кристалла P-канального устройства в 1,5—1,8 раза превышает тот же показателя N-канального транзистора.
В высокочастотных коммутационных приложениях, в которых преобладают потери на переключение, суммарные заряды затворов P- и N-канального МОП-транзисторов должны быть одинаковыми. Следовательно, если два МОП-транзистора имеют одинаковый заряд затвора и управляются одинаково, у них одинаковые потери на переключение. В этом случае P-канальный МОП-транзистор при той же площади кристалла, что и у N-канального устройства, имеет меньший номинальный ток.
При работе в линейном режиме требуется сравнивать P- и N-канальные устройства, имеющие одинаковые параметры FBSOA в реальном рабочем диапазоне. На практике подходящий P-канальный МОП-транзистор тщательно выбирается исходя либо из одинаковых значений номинального тока, либо из того же заряда затвора. Приложения, в которых требуется, чтобы R_DS(ON),  были одинаковыми, встречаются очень редко.

Примеры применения

Аудиоусилители — возможно, наиболее важное приложение P-канальных МОП-транзисторов. На рисунке 7 показана цепь аудиоусилителя класса АВ с комплементарным выходным каскадом силового МОП-транзистора, дифференциальным входным каскадом и током смещения выходного каскада. Эта схема позволяет улучшить рабочие характеристики эквивалентного биполярного выходного каскада и упростить цепь управления. Входной каскад имеет дифференциальный компаратор PNP, на который поступает входной сигнал через R1 и C1 и отрицательную обратную связь с выходным каскадом через базу Q2 и резистор R6. Компаратор управляет транзистором Q4, который, в свою очередь, управляет выходным каскадом. Компоненты R6 и R5 определяют коэффициент усиления контура обратной связи как β = R5/(R5 + R6). Резистор R2, типичное значение которого равно 2 мА, задает ток смещения на входном каскаде. R4 и C3 образуют фильтр, обеспечивающий дополнительное подавление пульсаций источника питания.
Умножитель напряжения V_BE, состоящий из элементов R7, R8, R9, C5 и Q3, обеспечивает напряжение смещения V_B между затворами транзисторов Q5 и Q6. Конденсатор С5 удерживает это напряжение. Если у транзистора Q3 напряжение V_BE ~0,6 В, R9 ~10 кОм, а R7 ~ 100 кОм, то величина смещения составит V_B ∙ V_BE ~ 10 ∙ 0,6 В = 6 В. С помощью этого напряжения транзисторы Q5 и Q6 слегка приоткрыты, благодаря чему ток покоя протекает через выходной каскад. Ток покоя снижает искажения при переходе через ноль, связанные с выходным каскадом. Емкости небольшой величины C2 и C4 делают всю схему устойчивой [6].

Рис. 7. Аудиоусилитель класса АВ с комплементарным выходным каскадом силового МОП-транзистора [6]

Выходной каскад состоит из силовых P- и N-канальных МОП-транзисторов (Q5 и Q6), последовательно соединенных между высоковольтным (V_DD) и низковольтным (–V_DD) выводами. Q5 и Q6 подключены к выводу OUTPUT, с которого выходной сигнал поступает на нагрузку LOAD (динамик). Коэффициент усиления выходного каскада, следующего за питающей цепью, около 1, т. е. представляет собой почти идеальный источник напряжения, которое практически не зависит от выходного
тока [6].
Оба МОП-транзистора в усилителе класса АВ требуют расширенной области FBSOA, т.к. работают в линейном режиме, в котором рассеяние мощности очень велико.
Линейные стабилизаторы напряжения широко используются для питания электронных устройств и имеют множество конфигураций для различных приложений. Пример одного из них показан на рисунке 8.

Рис. 8. Линейный стабилизатор напряжения, в котором падение напряжения на P-канальном МОП-транзисторе можно понизить почти до ноля, обеспечив широкий диапазон входного напряжения

Резистивный делитель (R3 и R4) отслеживает выходное напряжение и обеспечивает обратную связь по напряжению (V_FB) на положительном выводе операционного усилителя (U1). На отрицательный вывод ОУ поступает опорное напряжение (V_Ref) с диода Зенера (ZD1). ОУ обеспечивает управляющее напряжение на регулировочном P-канальном МОП-транзисторе (Q1). Благодаря тому, что падение напряжения на Q1 можно понизить практически до ноля, эта цепь имеет широкий диапазон входного напряжения.
Рассеяние мощности на устройстве Q1, входящем в состав линейного стабилизатора напряжения, большое, т.к. зависит от разности между входным и выходным напряжениями и выходным током. Силовой P-канальный МОП-транзистор работает в линейном режиме, требуя расширенной области FBSOA, которую обеспечивают оба семейства силовых P-канальных МОП-транзисторов компании IXYS.
На рисунке 9 показана система зарядки и разрядки батарей Li-ion (Li+). Один МОП-транзистор участвует в зарядке аккумулятора, тогда как другой — в разрядке. Если оба транзистора выключены, батарея изолируется от внешней цепи с целью защиты. В начале цикла зарядка происходит в режиме постоянного тока, и МОП-транзистор работает  в линейной области. После того как батарея достигнет установленного уровня напряжения, обратная связь начнет уменьшать ток зарядки, с тем чтобы поддержать требуемый уровень напряжения и обеспечить постоянный рабочий режим.

Рис. 9. Схема защиты и зарядки батарей для Li-ion-аккумулятора с использованием P-канальных МОП-транзисторов

ЛИТЕРАТУРА

1. Erickson, R. W. and Maksimovis, D. Fun­da­men­tals of Power Electronics, University of Colorado, Second Edition.
2. Dodge, J. Reduced Circuit Zapping from Cosmic Radiation, Micro Semi, September 2007//powerelectronics.com/power_semiconductors/power_mosfets/circuit-zapping-cosmic-radiation-0907.
3. How P-Channel MOSFETs Can Sim­pli­fy Your Circuit, AN-940, Inter­na­tion­al Rectifier, www.eetasia.com/ARTICLES/ 2000MAY/2000MAY04_ICD_WLP_AN.PDF? SOURCES=DOWNLOAD.
4. Mohan, N., Robbins, W. and Undeland, T.M. Power Electronics — Converters, Appli­ca­tions and Design, John Wiley & Sons, 2nd Edition.
5. P-Channel MOSFETs, the Best Choice for High-Side Switching, AN804, Vishay Siliconix, March 10, 1997, www.datasheetcatalog.org/datasheet/vishay/70611.pdf.
6. Linear Power Amplifier Using Comp­le­men­tary HEXFETs, AN-948, International Rec­tifier//home.eunet.cz/rysanek/pdf/irf-fet-amp.pdf.

P-Channel Power MOSFET Switch Tutorial

Табличка 1

by Lewis Loflin

В этом учебном пособии рассматривается использование P-канального и N-канального MOSFET в качестве силового ключа и общая теория транзисторов. Этот переключатель будет работать на положительной стороне источника питания с отрицательной общей клеммой. Это для использования с 5-вольтовыми микроконтроллерами, такими как Arduino.

Пластина 2

На изображении выше показаны основные электрические соединения для Arduino и большинства современных микроконтроллеров. У нас есть отрицательный общий и 5-вольтовый Vcc. Это диктует, как мы подключаем любой транзистор драйвера к контактам ввода/вывода. Кроме того, каждый контакт ввода/вывода Arduino может подавать/принимать абсолютный максимум 40 мА. (Примечание: работайте при 20 мА. )

Во-первых, обратите внимание, что все полевые МОП-транзисторы управляются напряжением и не зависят от тока базы, как биполярные транзисторы. Во многих случаях напряжение управления затвором ниже 5 вольт не будет работать без биполярного транзистора, переключающегося на более высокое напряжение.

Обновление, декабрь 2019 г. Многие современные микроконтроллеры используют 3,3-вольтовое напряжение Vcc. Это также относится к Raspberry Pi. Я нашел два МОП-транзистора, которые работают на 3,3 вольта.

IRFZ44N представляет собой N-канальное устройство с номинальным напряжением 55 В и сопротивлением RDS(on) не более 0,032 Ом. Другое устройство представляет собой P-канальное устройство с номинальным напряжением 55 В и сопротивлением RDS (вкл.) не более 0,02 Ом.

Ссылаясь на табличку 1 всякий раз, когда разность напряжений между затвором (G) и истоком (S) превышает примерно 5 вольт, открывается проводящий канал между истоком (S) и стоком (D), позволяя току течь от истока обратно к источнику питания. (Здесь мы используем поток электронов от отрицательного к положительному.)

Это часто называют конфигурацией с последовательным проходом.

Снова взгляните на Табличка 1 без входа на базу Q1 напряжение коллектора возрастает до Vcc и без разности потенциалов на Rgs Q6 и Q8 выключаются.

Подача 5 вольт на базовые резисторы Q8 и Q6 ( пластина 1 ) смещает их переходы база-эмиттер в прямом направлении, позволяя протекать небольшому току Ib. В зависимости от коэффициента усиления по постоянному току (hfe) отдельных транзисторов ток базы умножается для получения Ic. Соотношение следующее:

Ie = Ib + Ic; Ib * hfe = Ic.

Базовый ток Iб определяется по Vin — 0,6/Rb . 0,6 вольта — это падение напряжения на BE-переходе. Допустим, Q1 и Q7 — это 2N2222A с минимальной hfe 9.0, и нам нужен Ic 20 мА. Вот как это будет работать:

 
   Ib = Ic/hfe;
   Ib = 20 мА/90;
   ИБ=~220мкА
   
   Рб = Вин - 0,6/фунт
   Rb = 5 - 0,6/220 мкА
   Руб = 20К
  

Теперь некоторые вопросы по переключению транзисторов. Мы хотим, чтобы они работали в режиме насыщения, при котором любой дополнительный ток базы не приведет к увеличению тока коллектора (Ic). При выполнении этих расчетов в спецификации транзистора указан диапазон для hfe, примите самое низкое значение. Далее, если мы не превышаем максимальный номинальный базовый ток, предполагаем дополнительный ток. В этом случае я бы использовал 2,2 тыс. руб.

Когда биполярный транзистор работает в режиме насыщения, напряжение эмиттер-коллектор равно 0,5В. В случае полевых МОП-транзисторов Q6 и Q8 мы также хотим, чтобы они работали в режиме насыщения. С разницей в 12 вольт между затвором и истоком это обеспечивает быстрое и жесткое включение. При насыщении МОП-транзисторы, такие как IRF630 и IRF9630, имеют сопротивление сток-исток 0,4 и 0,8 Ом соответственно.

Итак, давайте найдем Rgs, где мы хотим сбросить 11,5 вольт:

 
   Rgs = 11,5/IC
   Rgs = 11,5/20 мА
   Rgs = 575 Ом.
  

Предположим, что значение намного выше, скажем, 10K, чтобы обеспечить желаемое падение напряжения. Опять же, у нас есть много места для экспериментов, чтобы обеспечить насыщение всех четырех транзисторов. Обратите внимание, что на самом деле Rgs устанавливает текущий уровень, когда Q1 и Q7 находятся в режиме насыщения.

Пластина 3

Пробой затвор-исток полевого МОП-транзистора

Последний вопрос касается напряжения пробоя затвор-исток обоих МОП-транзисторов или Vgs. Для IRF630 и IRF9630 это 20 вольт. 24 вольта на рис. А могут повредить Q8. 10-вольтовый стабилитрон, включенный последовательно с коллектором Q7, будет держать это в безопасном диапазоне.

Пластина 4

Использование

Вышеуказанные схемы имеют ряд преимуществ. Низкое сопротивление включения исток-сток означает, что больше мощности подается на нагрузку и меньше нагреваются МОП-транзисторы с последовательным проходом. Возможность работы при напряжении 5 вольт делает прямое подключение к микроконтроллеру очень простым делом. Кроме того, это может быть широтно-импульсная модуляция для управления скоростью двигателя, например, по схеме Н-моста.

Чаще всего эти схемы используются для управления двигателем по Н-мосту. Они используются в сочетании с N-канальными MOSFET-переключателями.

Обратите внимание, что Rg (или Rgs) используется для сброса заряда с затворов MOSFET, иначе они могут не выключиться.

Веселись.

Надеюсь, серия была полезной. Любые исправления, предложения и т. д. присылайте мне по электронной почте [email protected].

• Быстрая навигация по этому сайту:
• Базовое обучение электронике и проекты
• Основные проекты твердотельных компонентов
• Проекты микроконтроллеров Arduino
• Электроника Raspberry Pi, Программирование

• ULN2003A Транзисторная матрица Дарлингтона с примерами схем
• Учебное пособие по использованию силовых транзисторов Дарлингтона TIP120 и TIP125
• Управление транзисторами Дарлингтона 2N3055-MJ2955
• Общие сведения о биполярных транзисторных переключателях
• Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
• Учебное пособие по переключателю мощности P-Channel MOSFET
• H-мост управления двигателем с мощными МОП-транзисторами
• Управление высоковольтным двигателем H-Bridge на базе IR2110, управляемое Arduino
• Управление высоковольтным мостом постоянного тока на базе IGBT
• Дополнительные примеры схем H-моста на полевых МОП-транзисторах
• Сборка высокомощного транзисторного управления двигателем H-Bridge

• Родственный:
• Учебное пособие по переключению мощных N-канальных МОП-транзисторов
• Учебное пособие по переключателю мощности P-Channel MOSFET
• Испытание силовых МОП-транзисторов, наблюдения
• Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов
• Базовые схемы тестирования транзисторов MOSFET
• Цепи переключения высоковольтных МОП-транзисторов
• Почему ваши MOSFET-транзисторы становятся горячими YouTube
• Проблемы с параллельным подключением МОП-транзисторов YouTube
• Простые схемы для тестирования MOSFET-транзисторов YouTube

См. следующие спецификации:

• irfz44n.pdf
• irf4905.pdf

• Базовые симисторы и SCR
• Цепи постоянного тока с LM334
• LM334 CCS схемы с термисторами, фотоэлементами
• LM317 Цепи источника постоянного тока
• TA8050P H-образный блок управления двигателем
• Все транзисторы NPN H-Bridge Control Motor Control
• Базовые симисторы и SCR
• Учебное пособие по теории компараторов

Веб-сайт Copyright Lewis Loflin, Все права защищены.
Если вы используете этот материал на другом сайте, предоставьте ссылку на мой сайт.

 

Лучшее руководство по P-Channel MOSFET

ⅠВведение

Канальные полевые МОП-транзисторы представляют собой тип металлооксидно-полупроводникового устройства. Он состоит из n-подложки в центре с высокой концентрацией легкого легирования. Это список устройств с тремя терминалами. Он имеет униполярные характеристики, потому что большинство носителей заряда необходимы для его работы. Из-за того, что в схеме используются два p-материала, большинство носителей представляют собой дырки. Далее он подразделяется в зависимости от наличия каналов.

 

Каталог

ⅠВведение

Ⅱ Что такое P-канальный МОП-транзистор?

Ⅲ Характеристики МОП-транзисторов с каналом P

Ⅳ Как устроены МОП-транзисторы с каналом P?

Ⅴ Типы МОП-транзисторов с P-каналом 5.1 P-канал с улучшенным МОП-транзистором 5.1.1  Как работает МОП-транзистор с P-каналом? 5.1.2 Как включить полевой МОП-транзистор с P-каналом? 5.1.3 Как отключить полевой МОП-транзистор с P-каналом? 5.2 МОП-транзистор с истощением канала P 5.2.1 Как работает МОП-транзистор с истощением канала P? 5.2.2 Как включить МОП-транзистор с истощением канала? 5.2.3 Как отключить полевой МОП-транзистор с P-каналом?

Ⅵ Как использовать только положительное напряжение в этом руководстве по p-канальному МОП-транзистору? 6. 1 VGS Порог 6.2 P-канальный учебник MOSFET и объяснение

ⅶ FAQ

ⅱ What P-necknel Mosfet??

 

МОП-транзистор формируется, когда слабо легированная подложка N-типа соединяется с двумя высоколегированными материалами P-типа. Легирование относится к концентрации примесей, добавленных к атому.

P-канал, образованный между двумя подложками P-типа, мог быть следствием индуцированных напряжений или мог существовать ранее.

 

 Обозначение MOSFET

 

Ⅲ Характеристики P-канального MOSFET

 

• Устройства, управляемые напряжением, представлены MOSFET.
• Эти устройства имеют высокие значения входного сопротивления.
• Проводимость канала в P-канале вызвана применением отрицательной полярности на клемме затвора.

 

 

Ⅳ Как устроены P-канальные МОП-транзисторы?

P-Channel MOSFET

P-Channel MOSFET состоит из P-канала, который в основном состоит из дырочных носителей тока. Для клемм ворот используется материал N-типа.

 Как работает транзистор, включается он или выключается, определяется величиной и типом напряжения (отрицательное или положительное). Включите двигатель 12 В с помощью Arduino. (Пошаговое руководство)

 

 

Ⅴ Types of P-Channel MOSFET

 

The p-channel MOSFET’s are classified as:

 

(1)P-channel with the Enhancement MOSFET

(2) P-channel with the Полевой МОП-транзистор с обеднением

 

 

5.1 P-канальный полевой МОП-транзистор с улучшенным MOSFET

 

Этот полевой МОП-транзистор изготовлен на слабо легированной n-подложке. Длина разделяет два сильно легированных материала p-типа (L). Это L называется длиной канала.

 

Над подложкой нанесен тонкий слой типа диоксида кремния. Этот слой обычно называют диэлектрическим слоем. Исток и сток образованы двумя P-типами. Клемма затвора образована алюминиевым покрытием, используемым над диэлектриком. Земля подключена к истоку и корпусу МОП-транзистора.

 

На клемму затвора подано отрицательное напряжение. Из-за влияния емкости положительная концентрация зарядов оседает ниже, в диэлектрическом слое. Из-за сил отталкивания электроны, присутствующие на n-подложке, смещаются, и там можно найти непокрытое значение слоя положительных ионов. В подложке n-типа дырки, которые являются неосновными носителями, объединяются с несколькими электронами, образуя связь.

 

Однако дальнейшее приложение отрицательного напряжения разрушает ковалентные связи, тем самым разрывая пары, образованные между электронами и дырками.

Приводит к образованию дырок и увеличению концентрации носителей дырок в канале. Когда на клемму стока подается отрицательное напряжение, канал становится проводящим, позволяя току течь через транзистор.

 

 

5.1.1 Как работает полевой МОП-транзистор с P-каналом?

пример схемы

 

 

Чтобы включить MOSFET с P-Channel Enhancement, подайте положительное напряжение VS на исток MOSFET и отрицательное напряжение на вывод затвора MOSFET (затвор должен быть значительно более отрицательным, чем пороговое напряжение на сток-исток) (ВГДС). В результате этого ток будет протекать через канал исток-сток.

 

При достаточном положительном напряжении VS, приложенном к истоку и нагрузке, и достаточном отрицательном напряжении, приложенном к затвору, полевой МОП-транзистор P-Channel Enhancement полностью работоспособен и работает в активном режиме «ВКЛ».

 

 

5.1.3 Как отключить МОП-транзистор с улучшенным каналом?

 

Существует два способа отключения полевого МОП-транзистора с P-каналом. Вы можете либо отключить положительное напряжение смещения, VS, которое питает источник. Как вариант, можно отключить подачу отрицательного напряжения на затвор транзистора.

 

 

5.2 МОП-транзистор с истощением канала P

По сравнению с полевым МОП-транзистором с истощением канала n, формирование истощения канала p происходит в обратном порядке. Из-за наличия в канале примесей р-типа он предварительно построен. Когда на концевой затвор подается отрицательное напряжение, свободные дырки, представляющие собой неосновные носители n-типа, притягиваются к каналу примесных ионов положительного типа. Когда в этом состоянии вывод стока смещен в обратном направлении, устройство начинает проводить, но по мере увеличения отрицательного напряжения на выводе стока формируется обедненный слой.

 

На эту область влияет концентрация слоя, образованного положительными ионами. Ширина обедненной области влияет на проводимость канала. Ток на клемме регулируется путем изменения значения напряжения в этой области. Наконец, затвор и сток сохраняют свою отрицательную полярность, а исток сохраняет свое нулевое значение.

 

 

5.2.1 Как работает МОП-транзистор с истощением канала?

 

схема МОП-транзистор с P-каналом

 

5.2.2 Как включить МОП-транзистор с P-каналом?

Напряжение затвора, подаваемое на клемму затвора, должно быть 0 В для максимальной работы, если вы включаете полевой МОП-транзистор с истощением канала P. Ток стока максимален, когда напряжение на затворе равно 0 В, а транзистор находится в активной области проводимости «ВКЛ».

 

 

5.2.3 Как отключить МОП-транзистор с истощением канала?

 

Существует два метода выключения P-канального МОП-транзистора. Вы можете либо отключить положительное напряжение смещения, VDD, которое питает сток, либо снова включить его. В качестве альтернативы вы можете подать отрицательное напряжение на затвор. Ток уменьшается, когда на затвор подается отрицательное напряжение. По мере того, как напряжение затвора VG становится более отрицательным, ток уменьшается до тех пор, пока не достигнет отсечки, после чего полевой МОП-транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ». Он предотвращает протекание большого тока исток-сток.

 

МОП-транзисторы применяются как для коммутации, так и для усиления. МОП-транзисторы сегодня являются одними из наиболее широко используемых транзисторов. Из-за их высокого входного импеданса они потребляют очень мало входного тока, просты в изготовлении, могут быть сделаны очень маленькими и потребляют очень мало энергии.

 

 

 

Ⅵ Как использовать только положительное напряжение в этом руководстве по p-канальному МОП-транзистору?

 

6.1 Порог VGS

 

VGSth: аббревиатура от порогового значения напряжения от затвора до истока является одним из их критических свойств, которые нам необходимо знать при использовании полевых МОП-транзисторов. Сопротивление между выводами DRAIN и SOURCE изменяется по мере изменения разности напряжений между этими двумя выводами. Это порог, при котором MOSFET включается и выключается.

 

Сопротивление изменяется в зависимости от того, является ли МОП-транзистор N-канальным или P-канальным.

 

 

6.2 P-Channel MOSFET Учебное пособие и объяснение

 

Для P-Channel MOSFET см. VGSth. Как вы могли заметить, VGSth — отрицательное значение. В качестве примера рассмотрим техническое описание IRF5305.

 

 

спецификация

 

Спецификация VGSth составляет от -2,0 В до -4,0 В. Итак, как этот полевой МОП-транзистор может работать с Arduino, LaunchPad, Raspberry Pi или любым другим микроконтроллером? Действительно ли необходимо генерировать отрицательные напряжения?

 

 

Речь идет о разнице:

 

Вот где в игру вступает миф об «отрицательном напряжении»: поскольку в техническом описании указано отрицательное, для работы вам нужно отрицательное напряжение. Спецификации, с другой стороны, никогда не лгут (за исключением тех случаев, когда они лгут…).

 

Давайте буквально взглянем на то, что написано в спецификации. «Отрицательное напряжение в четыре вольта от затвора к истоку». Другими словами, вы можете прочитать это как «значение напряжения GATE минус значение напряжения SOURCE».

Рассмотрим следующие напряжения в этом «Выключательном переключателе»:

Отрицательное напряжение

Вейт теперь имеет напряжение 5 вольт. ИСТОЧНИК тоже 5 вольт. Это означает, что Vgs составляет 5 В — 5 В = 0 В. В этом случае Vgs равно 0 вольт. Это напряжение указывает на то, что МОП-транзистор выключен или открыт.

 

Это та же схема, что и раньше, но GATE теперь подключен к земле, а не к 5 вольтам.

пример схемы на 5 вольт ИСТОЧНИК остается на 5 вольт. Однако GATE теперь находится на земле, что указывает на то, что на нем 0 В. Если вы вычтете напряжение GATE из напряжения SOURCE, вы получите 0V – 5V = -5V. Это активирует МОП-транзистор.

 

Вы заметили, что только что произошло? Используя только положительные источники напряжения, мы получили «отрицательное» напряжение…

 

 

Зачем использовать N-канал вместо P-канала?

 

Требуется руководство по использованию n-канального и p-канального MOSFET. Отличное приложение для P-Channel находится в цепи, где уровни напряжения вашей нагрузки и логики одинаковы. Например, предположим, что вы пытаетесь активировать 5-вольтовое реле с помощью Arduino. Ток, требуемый катушкой реле, слишком велик для вывода ввода-вывода, но для работы катушки требуется 5 В. В этом случае используйте P-Channel MOSFET для включения реле с контакта ввода-вывода Arduino.

 

Если напряжение вашей нагрузки выше, например 12 или 24 В, вам следует рассмотреть возможность использования N-канального MOSFET в конфигурации «нижняя сторона».

 

Ⅶ Часто задаваемые вопросы

 

1. Как вы тестируете P MOSFET?

Держите полевой полевой транзистор за корпус или язычок, но не прикасайтесь к металлическим частям тестовых щупов какими-либо другими выводами полевого полевого транзистора до тех пор, пока это не потребуется. 2) Во-первых, прикоснитесь положительным выводом измерителя к «воротам» MosFet. 3) Теперь переместите положительный щуп на «Слив». Вы должны получить «низкое» чтение.

 

2. Когда следует использовать МОП-транзистор?

Мощные полевые МОП-транзисторы широко используются в автомобильной электронике, в частности, в качестве переключающих устройств в электронных блоках управления и в качестве преобразователей энергии в современных электромобилях. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), гибридный МОП-биполярный транзистор, также используется для самых разных приложений.

 

3. Что такое МОП-транзистор?

MOSFET означает полевой транзистор металл-оксид-полупроводник. Это полевой транзистор с МОП-структурой. Обычно МОП-транзистор представляет собой трехвыводное устройство с выводами затвора (G), стока (D) и истока (S).

 

4. Какие бывают типы МОП-транзисторов?

Различные типы МОП-транзисторов

Логика PMOS. Как упоминалось ранее, интеграция полевого МОП-транзистора обеспечивает более высокий уровень эффективности схемы по сравнению с биполярными транзисторами.