Site Loader

Содержание

Samsung рассказала о транзисторах, которые придут на смену FinFET

Как неоднократно сообщалось, с транзистором размерами менее 5 нм надо что-то делать. Сегодня производители чипов самые передовые решения выпускают с использованием вертикальных затворов FinFET. Транзисторы FinFET ещё можно будет выпускать с использованием 5-нм и 4-нм техпроцесса (что бы ни понималось под этими нормами), но уже на этапе производства 3-нм полупроводников структуры FinFET перестают работать так, как надо. Затворы транзисторов оказываются слишком малы, а управляющее напряжение недостаточно низким, чтобы транзисторы продолжали выполнять свою функцию вентилей в интегральных схемах. Поэтому отрасль и, в частности, компания Samsung, начиная с 3-нм техпроцесса перейдёт на изготовление транзисторов с кольцевыми или всеохватывающими затворами GAA (Gate-All-Around). Свежим пресс-релизом компания Samsung как раз представила наглядную инфографику о структуре новых транзисторов и о преимуществе их использования.

Как показано на иллюстрации выше, по мере снижения технологических норм производства затворы прошли путь от планарных структур, которые могли контролировать одну-единственную область под затвором до вертикальных каналов, окружённых затвором с трёх сторон и, наконец, приблизились к переходу на каналы, окружённые затворами со всех четырёх сторон. Весь этот путь сопровождался увеличением площади затвора вокруг управляемого канала, что позволяло снижать питание транзисторов без ущерба для токовых характеристик транзисторов, следовательно, вело к увеличению производительности транзисторов и к снижению токов утечек. Транзисторы GAA в этом плане станут новым венцом творения и при этом не потребуют значительной переделки классических КМОП-техпроцессов.

Окружённые затвором каналы могут выпускаться как в виде тонких перемычек (нанопроводов), так и в виде широких мостов или наностраниц. Компания Samsung сообщает о выборе в пользу наностраниц и заявляет о защите разработки патентами, хотя все эти структуры она разрабатывала, ещё входя в альянс с IBM и другими компаниями, например, с AMD. Новые транзисторы Samsung будет называть не GAA, а патентованным именем MBCFET (Multi Bridge Channel FET). Широкие страницы каналов обеспечат значительные токи, которые трудно достижимы в случае нанопроводных каналов.

Переход к кольцевым затворам позволит также увеличить энергоэффективность новых транзисторных структур. Это означает, что напряжение питания транзисторов можно уменьшить. Для FinFET структур условным порогом снижения питания компания называет 0,75 В. Переход на транзисторы MBCFET опустит эту границу ещё ниже.

Следующим преимуществом транзисторов MBCFET компания называет необычайную гибкость решений. Так, если характеристиками транзисторов FinFET на стадии производства можно управлять только дискретно, закладывая в проект определённое число рёбер на каждый транзистор, то проектирование схем с транзисторами MBCFET будет напоминать тончайший тюнинг под каждый проект. И это будет сделать очень просто: достаточно будет выбрать необходимую ширину каналов-наностраниц, а этот параметр можно изменять линейно.

Для производства MBCFET-транзисторов, как уже сказано выше, классический техпроцесс КМОП и установленное на заводах промышленное оборудование подойдут без значительных изменений. Небольшой доработки потребует только этап обработки кремниевых пластин, что вполне объяснимо, и всё. Со стороны контактных групп и слоёв металлизации даже не придётся ничего менять.

В заключение Samsung впервые даёт качественную характеристику тем улучшениям, которые принесёт с собой переход на 3-нм техпроцесс и транзисторы MBCFET (уточним, Samsung прямо не говорит о 3-нм техпроцессе, но ранее она сообщала, что 4-нм техпроцесс всё ещё будет использовать транзисторы FinFET). Итак, по сравнению с 7-нм FinFET техпроцессом переход на новые нормы и MBCFET обеспечит снижение потребления на 50 %, увеличение производительности на 30 % и уменьшение площади чипов на 45 %. Не «или, или», а именно в совокупности. Когда это произойдёт? Может так статься, что уже к концу 2021 года.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Введение в полевые транзисторы (JFET)

Добавлено 24 марта 2018 в 15:35

Сохранить или поделиться

Транзистор представляет собой линейное полупроводниковое устройство, которое управляет током с помощью электрического сигнала меньшей мощности. Транзисторы можно грубо сгруппировать в два основных типа: биполярные и полевые. В предыдущей главе мы изучили биполярные транзисторы, которые используют малый ток для управления большим током. В данной главе мы введем основное понятие полевого транзистора (устройства, использующего малое напряжение для управления током), а затем сосредоточимся на одном конкретном типе: полевой транзистор

с управляющим PN переходом. В следующей главе мы рассмотрим еще один тип полевых транзисторов, полевой транзистор с изолированным затвором.

Все полевые транзисторы являются однополярными, а не биполярными устройствами. То есть основной ток через них состоит из электронов в полупроводнике N-типа или из дырок в полупроводнике P-типа. Это становится более очевидным, если посмотреть на физическую структуру устройства:

N-канальный полевой транзистор

В полевом транзисторе с управляющим PN-переходом (JFET) управляемый ток проходит от истока к стоку или от стока к истоку в зависимости от полярности. Управляющее напряжение подается между затвором и истоком. Обратите внимание, что ток не должен проходить через PN-переход на своем пути между истоком и стоком: путь (называемый каналом) является непрерывным блоком полупроводникового материала. На показанном изображении этот канал является полупроводником N-типа. Также производятся полевые транзисторы с каналом P-типа:

P-канальный полевой транзистор

Как правило, N-канальные полевые транзисторы используются чаще, чем P-канальные. Причины этого связаны с некоторыми деталями в теории полупроводников, которые я бы предпочел не обсуждать в этой главе. Как и в случае с биполярными транзисторами, я считаю, что лучший способ первоначального изучения полевых транзисторов – избегать теории, когда это возможно, и сосредоточиться вместо этого на рабочих характеристиках. Единственное практическое различие между N- и P-канальными полевыми транзисторами, которое вам необходимо сейчас знать, – это смещение PN-перехода, образованного между материалом затвора и каналом.

При отсутствии напряжения между затвором и истоком канал представляет собой широко открытый путь для потока электронов. Однако, если между затвором и истоком приложено напряжение такой полярности, что PN-переход смещен в обратном направлении, поток между истоком и стоком начинает ограничиваться или регулироваться, так же как это было и с биполярными транзисторами при установке тока базы. Максимальное напряжение затвор-исток «передавливает» весь ток от истока к стоку, тем самым заставляя полевой транзистор работать в режиме отсечки. Это поведение связано с тем, что область истощения PN-перехода расширяется под воздействием напряжения обратного смещения, в конечном счете занимая всю ширину канала, если напряжение достаточно велико. Это воздействие можно сравнить с уменьшением потока жидкости через гибкий шланг при его сжимании: при применении достаточной силы шланг будет пережат достаточно, чтобы полностью блокировать поток.

Сравнение работы полевого транзистора с передавливанием гибкого шланга

Обратите внимание на то, как это поведение полностью противоположно биполярному транзистору. Биполярные транзисторы являются нормально выключенными устройствами: если нет тока через базу, то нет тока через коллектор или эмиттер. Полевые транзисторы, наоборот, являются нормально включенными устройствами: отсутствие напряжения, приложенного к затвору, допускает протекание максимального тока между истоком и стоком. Кроме того, обратите внимание, что величина тока через полевой транзистор определяется сигнальным напряжением, а не сигнальным током, как у биполярных транзисторов. Фактически, когда PN-переход затвор-исток смещен в обратном направлении, ток через затвор должен быть близок к нулю. По этой причине мы классифицируем полевой транзистор как устройство,

управляемое напряжением, а биполярный транзистор как устройство, управляемое током.

Если PN-переход затвор-исток смещен небольшим напряжением в прямом направлении, канал полевого транзистора «открывается» немного больше, чтобы пропустить больший ток. Тем не менее, PN-переход полевого транзистора не предназначен для обработки какой-либо существенной величины тока, и поэтому ни при каких обстоятельствах не рекомендуется использовать прямое смещение перехода.

Это очень сжатый обзор работы полевого транзистора. В следующем разделе мы рассмотрим использование полевого транзистора в качестве коммутационного устройства.

Оригинал статьи:

Теги

PN переходОбучениеПолевой транзисторЭлектроника

Сохранить или поделиться

Всё о полевых транзисторах

Полевой (униполярный) транзистор — полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на управлении электрическим сопротивлением токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением.

Мы уже рассмотрели устройство биполярных транзисторов и их работу, теперь давайте узнаем о том, какие бывают полевые транзисторы. Полевые транзисторы очень распространены как в старой схемотехнике, так и в современной. Сейчас в большей степени используются приборы с изолированным затвором, о типах полевых транзисторов и их особенностях сегодня мы и поговорим. В статье я буду проводить сравнение с биполярными транзисторами, в отдельных местах.

Определение

Полевой транзистор – это полупроводниковый полностью управляемый ключ, управляемый электрическим полем. Это главное отличие с точки зрения практики от биполярных транзисторов, которые управляются током. Электрическое поле создается напряжением, приложенным к затвору относительно истока. Полярность управляющего напряжения зависит от типа канала транзистора. Здесь прослеживается хорошая аналогия с электронными вакуумными лампами.

Другое название полевых транзисторов – униполярные. «УНО» — значит один. В полевых транзисторах в зависимости от типа канала ток осуществляется только одним типом носителей дырками или электронами. В биполярных транзисторах ток формировался из двух типов носителей зарядов – электронов и дырок, независимо от типа приборов. Полевые транзисторы в общем случае можно разделить на:

  • транзисторы с управляющим p-n-переходом;
  • транзисторы с изолированным затвором.

И те и другие могут быть n-канальными и p-канальными, к затвору первых нужно прикладывать положительное управляющее напряжение для открытия ключа, а для вторых – отрицательное относительно истока.

У всех типов полевых транзисторов есть три вывода (иногда 4, но редко, я встречал только на советских и он был соединен с корпусом).

1. Исток (источник носителей заряда, аналог эмиттера на биполярном).

2. Сток (приемник носителей заряда от истока, аналог коллектора биполярного транзистора).

3. Затвор (управляющий электрод, аналог сетки на лампах и базы на биполярных транзисторах).

Транзистор с управляющим pn-переходом

Транзистор состоит из таких областей:

1. Канал;

2. Сток;

3. Исток;

4. Затвор.

На изображении вы видите схематическую структуру такого транзистора, выводы соединены с металлизированными участками затвора, истока и стока. На конкретной схеме (это p-канальный прибор) затвор – это n-слой, имеет меньше удельное сопротивление, чем область канала (p-слой), а область p-n-перехода в большей степени расположена в p-области по этой причине.

Условное графическое обозначение:

а – полевой транзистор n-типа, б – полевой транзистор p-типа

Чтобы легче было запомнить, вспомните обозначение диода, где стрелка указывает от p-области в n-область. Здесь также.

Первое состояние – приложим внешнее напряжение.

Если к такому транзистору приложить напряжение, к стоку плюс, а к истоку минус, через него потечет ток большой величины, он будет ограничен только сопротивлением канала, внешними сопротивлениями и внутренним сопротивлением источника питания. Можно провести аналогию с нормально-замкнутым ключом. Этот ток называется Iснач или начальный ток стока при Uзи=0.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, без приложенного управляющего напряжения к затвору является максимально открытым.

Напряжение к стоку и истоку прикладывается таким образом:

Через исток вводятся основные носители зарядов!

Это значит, что если транзистор p-канальный, то к истоку подключают положительный вывод источника питания, т.к. основными носителями являются дырки (положительные носители зарядов) – это так называемая дырочная проводимость. Если транзистор n-канальный к истоку подключают отрицательный вывод источника питания, т.к. в нем основными носителями заряда являются электроны (отрицательные носители зарядов).

Исток — источник основных носителей заряда.

Вот результаты моделирования такой ситуации. Слева расположен p-канальный, а справа n-канальный транзистор.

Второе состояние – подаём напряжение на затвор

При подаче положительного напряжения на затвор относительно истока (Uзи) для p-канального и отрицательное для n-канального, он смещается в обратном направлении, область p-n-перехода расширяется в сторону канала. В резльтате чего ширина канала уменьшается, ток снижается. Напряжение затвора, при котором ток через ключ перестает протекать называется, напряжением отсечки.

Ключ начинает закрываться.

Достигнуто напряжение отсечки, и ключ полностью закрыт. На картинке с результатами моделирования отображено такое состояние для p-канального (слева) и n-канального (справа) ключа. Кстати на английском языке такой транзистор называется JFET.

Режимы работы

Рабочий режим транзистора при напряжение Uзи либо нулевое, либо обратное. За счет обратного напряжения можно «прикрывать транзистор», используется в усилителях класса А и прочих схемах где нужно плавное регулирование.

Режим отсечки наступает, когда Uзи=Uотсечки для каждого транзистора оно своё, но в любом случае прикладывается в обратном направлении.

Характеристики, ВАХ

Выходной характеристикой называют график, на котором изображена зависимость тока стока от Uси (приложенного к выводам стока и истока), при различных напряжениях затвора.

Можно разбить на три области. Вначале (в левой части графика) мы видим омическую область – в этом промежутке транзистор ведет себя как резистор, ток возрастает почти линейно, доходя до определенного уровня, переходит в область насыщения (в центре графика).

В правой части график мы видим, что ток опять начинает расти, это область пробоя, здесь транзистор находиться не должен. Самая верхняя ветвь изображенная на рисунке – это ток при нулевом Uзи, мы видим, что ток здесь самый большой.

Чем больше напряжение Uзи, тем меньше ток стока. Каждая из ветвей отличается на 0.5 вольта на затворе. Что мы подтвердили моделированием.

Здесь изображена стоко-затворная характеристика, т.е. зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении стока-исток (в данном примере 10В), здесь шаг сетки также 0.5В, мы опять видим что чем ближе напряжение Uзи к 0, тем больший ток стока.

В биполярных транзисторах был такой параметр как коэффициент передачи тока или коэффициент усиления, он обозначался как B или h31э или Hfe. В полевых же для отображения способности усиливать напряжение используется крутизна обозначается буквой S

S=dIc/dUзи

То есть крутизна показывает, насколько миллиАмпер (или Ампер) растёт ток стока при увеличении напряжения затвор-исток на количество Вольт при неизменяемом напряжении сток-исток. Её можно вычислить исходя из стоко-затворной характеристики, на приведенном выше примере крутизна равняется порядка 8 мА/В.

Схемы включения

Как и у биполярных транзисторов есть три типовых схемы включения:

1. С общим истоком (а). Используется чаще всех, даёт усиление по току и мощности.

2. С общим затвором (б). Редко используется, низкое входное сопротивления, усиления нет.

3. С общим стоком (в). Усиление по напряжению близко к 1, большое входное сопротивление, а выходное низкое. Другое название – истоковый повторитель.

Особенности, преимущества, недостатки

  • Главное преимущество полевого транзистора высокое входное сопротивление. Входное сопротивление это отношения тока к напряжению затвор-исток. Принцип действия лежит в управлении с помощью электрического поля, а оно образуется при приложении напряжения. То есть полевые транзисторы управляются напряжением.
  • Полевой транзистор практически не потребляет тока управления, это снижает потери управления, искажения сигнала, перегрузку по току источника сигнала…
  • В среднем частотные характеристики полевых транзисторов лучше, чем у биполярных, это связано с тем, что нужно меньше времени на «рассасывание» носителей заряда в областях биполярного транзистора. Некоторые современные биполярные транзисторы могут и превосходить полевые, это связано с использованием более совершенных технологий, уменьшения ширины базы и прочего.
  • Низкий уровень шумов у полевых транзисторов обусловлен отсутствием процесса инжекции зарядов, как у биполярных.
  • Стабильность при изменении температуры.
  • Малое потребление мощности в проводящем состоянии – больший КПД ваших устройств.

Простейший пример использования высокого входного сопротивление – это приборы согласователи для подключения электроакустических гитар с пьезозвукоснимателями и электрогитар с электромагнитными звукоснимателями к линейным входам с низким входным сопротивлением.

Низкое входное сопротивление может вызвать просадки входного сигнала, исказив его форму в разной степени в зависимости от частоты сигнала. Это значит что нужно этого избежать, введя каскад с высоким входным сопротивлением. Вот простейшая схема такого устройства. Подойдет для подключения электрогитар в линейный вход аудио-карты компьютера. С ней звук станет ярче, а тембр богаче.

Главным недостатком является то, что такие транзисторы боятся статики. Вы можете взять наэлектризованными руками элемент, и он тут же выйдет из строя, это и есть следствие управления ключом с помощью поля. С ними рекомендуют работать в диэлектрических перчатках, подключенным через специальный браслет к заземлению, низковольтным паяльником с изолированным жалом, а выводы транзистора можно обвязать проволокой, чтобы закоротить их на время монтажа.

Современные приборы практически не боятся этого, поскольку по входу в них могут быть встроены защитные устройства типа стабилитронов, которые срабатывают при превышении напряжения.

Иногда у начинающих радиолюбителей опасения доходят до абсурда, типа надевания на голову шапочек из фольги. Всё описанное выше хоть и является обязательным к исполнению, но не соблюдение каких либо условий не гарантирует выход из строя прибора.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

Этот вид транзисторов активно используется в качестве полупроводниковых управляемых ключей. Причем работают они чаще всего именно в ключевом режиме (два положения «вкл» и «выкл»). У них есть несколько названий:

1. МДП-транзистор (метал-диэлектрик-полупроводник).

2. МОП-транзистор (метал-окисел-полупроводник).

3. MOSFET-транзистор (metal-oxide-semiconductor).

Запомните – это лишь вариации одного названия. Диэлектрик, или как его еще называют окисел, играет роль изолятора для затвора. На схеме ниже изолятор изображен между n-областью около затвора и затвором в виде белой зоны с точками. Он выполнен из диоксида кремния.

Диэлектрик исключает электрический контакт между электродом затвора и подложкой. В отличие от управляющего p-n-перехода он работает не на принципе расширения перехода и перекрытия канала, а на принципе изменения концентрации носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего электрического поля. МОП-транзисторы бывают двух типов:

1. Со встроенным каналом.

2. С индуцированным каналом

Транзисторы со встроенным каналом

На схеме вы видите транзистор с встроенным каналом. Из неё уже можно догадаться, что принцип его работы напоминает полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, т.е. когда напряжение затвора равно нулю – ток протекает через ключ.

Около истока и стока созданы две области с повышенным содержанием примесных носителей заряда (n+) с повышенной проводимостью. Подложкой называется основание P-типа (в данном случае).

Обратите внимание, что кристалл (подложка) соединена с истоком, на многих условных графических обозначениях он так и рисуется. При повышении напряжения на затворе в канале возникает поперечное электрическое поле, оно отталкивает носители зарядов (электроны) и канал закрывается при достижении порогового Uзи.

Режимы работы

При подаче отрицательного напряжения затвор-исток ток стока падает, транзистор начинает закрывать – это называется режим обеднения.

При подаче положительного напряжения на затвор-исток происходит обратный процесс – электроны притягиваются, ток возрастает. Это режим обогащения.

Всё вышесказанное справедливо для МОП-транзисторов со встроенным каналом N-типа. Если канал p-типа все слова «электроны» заменяются на «дырки», полярности напряжения изменяются на противоположные.

Моделирование

Транзистор со встроенным каналом n-типа с нулевым напряжением на затворе:

Подадим на затвор -1В. Ток снизился в 20 раз.

Согласно datasheet на этот транзистор пороговое напряжение затвор-исток у нас в районе одного вольта, а типовое его значение – 1.2 В, проверим это.

Ток стал в микроамперах. Если еще немного повысить напряжение, он исчезнет полностью.

Я выбрал транзистор наугад, и мне попался достаточно чувствительный прибор. Попробую изменить полярность напряжения, чтобы на затворе был положительный потенциал, проверим режим обогащения.

При напряжении на затворе 1В ток увеличился в четыре раза, по сравнению с тем, что был при 0В (первая картинка в этом разделе). Отсюда следует, что в отличие от предыдущего типа транзисторов и биполярных транзисторов он без дополнительной обвязки может работать как на повышение тока, так и на понижение. Это заявление весьма грубо, но в первом приближении имеет право на существование.

Характеристики

Здесь всё практически так же как и в транзисторе с управляющим переходом, за исключением наличия режима обогащения в выходной характеристике.

На стоко-затворной характеристике четко видно, что отрицательное напряжение вызывает режим обеднение и закрытие ключа, а положительное напряжение на затворе – обогащение и большее открытие ключа.

Транзисторы с индуцированным каналом

МОП-транзисторы с индуцированным каналом не проводят ток при отсутствии напряжения на затворе, вернее ток есть, но он крайне мал, т.к. это обратный ток между подложкой и высоколегированными участками стока и истока.

Полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом аналог нормально-разомкнутого ключа, ток не протекает.

При наличии напряжения затвор-исток, т.к. мы рассматриваем n-тип индуцируемого канала то напряжение положительное, под действием поля притягиваются отрицательные носители зарядов в область затвора.

Так появляется «коридор» для электронов от истока к стоку, таким образом, появляется канал, транзистор открывается, и ток через него начинает протекать. Подложка у нас p-типа, в ней основными являются положительные носители зарядов (дырки), отрицательных носителей крайне мало, но под действием поля они отрываются от своих атомов, и начинается их движение. Отсюда отсутствие проводимости при отсутствии напряжения.

Характеристики

Выходная характеристика в точности повторяет такую же у предыдущих разница заключается лишь в том, что напряжения Uзи становятся положительными.

Стоко-затворная характеристика показывает то же самое, отличия опять-таки в напряжениях на затворе.

При рассмотрении вольтамперных характеристик крайне важно внимательно смотреть на величины, прописанные по осям.

Моделирование

На ключ подали напряжение 12 В, а на затворе у нас 0. Ток через транзистор не протекает.

Добавим 1 вольт на затвор, но ток и не думал протекать…

Добавляя по одному вольту я обнаружил, что ток начинает расти с 4в.

Добавив еще 1 Вольт, ток резко возрос до 1.129 А.

В Datasheet указано пороговое напряжение открытия этого транзистора на участке от 2-х до 4-х вольт, а максимальное на затвор-истор от -20, до +20 В, дальнейшие приращения напряжения не дали результатов и на 20 вольтах (несколько миллиампер я не считаю, в данном случае).

Это значит, что транзистор полностью открыт, если бы его не было, ток в этой цепи составил бы 12/10=1.2 А. В дальнейшем я изучал как работает этот транзистор, и выяснил, что на 4-х вольтах он начинает открываться.

Добавляя по 0.1В, я заметил, что с каждой десятой вольта ток растёт всё больше и больше, и уже к 4.6 Вольта транзистор практически полностью открыт, разница с напряжением на затворе в 20В в токе стока всего лишь 41 мА, при 1.1 А – это чепуха.

Этот эксперимент отражает то, что транзистор с индуцированным каналом открывается только при достижении порогового напряжения, что позволяет ему отлично работать в качестве ключа в импульсных схемах. Собственно, IRF740 – один из наиболее распространенных в импульсных блоках питания.

Результаты измерений тока затвора показали, что действительно полевые транзисторы почти не потребляют управляющего тока. При напряжении в 4.6 вольта ток был, всего лишь, 888 нА (нано!!!).

При напряжении в 20В он составлял 3.55 мкА (микро). У биполярного транзистора он был бы порядка 10 мА, в зависимости от коэффициента усиления, что в десятки тысяч раз больше чем у полевого.

Не все ключи открываются такими напряжениями, это связано с конструкцией и особенностями схемотехники устройств где они применяются.

Особенности использования ключей с изолированным затвором

Два проводника, а между ними диэлектрик – что это? Это транзистор, собственно затвор имеет паразитную ёмкость, она замедляет процесс переключения транзистора. Это называется плато Миллера, вообще этот вопрос достоин отдельного серьезного материала с точным моделированием, с применением другого софта (не проверял эту особенность в multisim).

Разряженная ёмкость в первый момент времени требует большого зарядного тока, да и редкие управляющие устройства (шим-контроллеры и микроконтроллеры) имеют сильные выходы, поэтому используют драйверы для полевых затворов, как в полевых транзисторах, так и в IGBT(биполярный с изолированным затвором). Это такой усилитель, который преобразует входной сигнал в выходной такой величины и силы тока, достаточный для включения и выключения транзистора. Ток заряда также ограничивается последовательно соединенным с затвором резистором.

При этом некоторые затворы могут управляться и с порта микроконтроллера через резистор (тот же IRF740).

Условные графические изображения

Они напоминают полевые транзисторы с управляющим затвором, но отличаются тем, что на УГО, как и в самом транзисторе, затвор отделен от подложки, а стрелка в центре указывает на тип канала, но направлена от подложки к каналу, если это n-канальный mosfet – в сторону затвора и наоборот.

Для ключей с индуцированным каналом:

Может выглядеть так:

Обратите внимание на англоязычные названия выводов, в datasheet’ах и на схемах часто указываются они.

Для ключей со встроенным каналом:

Ранее ЭлектроВести писали, что транзисторы приближаются к физическому пределу размера, и чтобы дальше наращивать их производительность, индустрия активно ищет альтернативные технологии. Одну из них предлагают американские ученые.

По материалам: electrik.info.

Некоторые особенности управления GaN-транзисторами

На протяжении всей истории развития преобразовательной техники разработчики стремились увеличить КПД и надежность своих изделий, при этом сократив их стоимость, габариты и вес. А с развитием новых направлений, таких как солнечная и ветроэнергетика, электрические автомобили и повсеместное распространение сервоприводов, — битва за эти параметры вышла на новый уровень. Сейчас борьба ведется уже за доли процента КПД. Дальнейшее увеличение эффективности требует внедрения новой элементной базы, например, такой как силовые транзисторы на основе арсенида галлия (GaN). Однако новые материалы несут новые вызовы разработчикам, которые необходимо решить для обеспечения надежности изделий, и тут не бывает мелочей.

 

Особенности GaN-транзисторов, требующие повышенного внимания

Применение GaN-транзисторов в силовой преобразовательной технике является перспективным направлением ее развития. Однако несомненное преимущество GaN-транзисторов в скорости переключения, повышенной температуре работы и более низком напряжении на затворе накладывает повышенные требования к системе его управления по сравнению с транзисторами на основе кремния.

Для иллюстрации этих требований возьмем, к примеру, работу GaN-транзисторов в мостовой схеме на рабочее напряжение до 600 В (это может быть часть электропривода, инвертор для солнечных батарей или мощный AC/DC-источник питания). Базовая блок-схема такого инвертора показана на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема мостового преобразователя

С переходом на GaN-транзисторы общие схемотехнические решения, применяемые в инверторе, в целом не отличаются от таковых в инверторе с обычными IGBT или MOSFET на основе кремния. «Дьявол» как всегда кроется в деталях, в частности в схеме управления затвором GaN-транзисторов. Рассмотрим более подробно схему управления затвором верхнего транзистора (рис. 2), полную схему можно посмотреть на рис. 8.

Рис. 2. Пример реализации управления затвором транзистора

Первая трудность связана с ростом значения dv/dt в GaN-транзисторах, достигающего 100 кВ/мкс [3].
С одной стороны, высокие значения dv/dt позволяют уменьшить потери при «жестком» переключении, но в то же время увеличивают проблемы, связанные с электромагнитными помехами. Помехи влияют на все остальные цепи, имеющие емкостную связь с силовыми цепями. Цепи управления начинают «звенеть», что в лучшем случае приведет к нарушению требований стандартов по электромагнитной совместимости, а в худшем — к сбою управления и выходу из строя инвертора.

Решение. Если печатная плата сконструирована правильно (то есть обеспечен сплошной изоляционный барьер между силовыми и управляющими цепями, как на рис. 5), то ее паразитной емкостью в несколько сотых долей пикофарады можно пренебречь. Остается два возможных места для распространения помехи: микросхема драйвера и источник питания. Проходная емкость одного из драйверов, рекомендованного производителем для транзисторов e-GaN FET [1], составляет около 0,5 пФ (для Si8271). Паразитная емкость источника питания может составлять от 2 пФ (для RV-1205S) до 120 пФ (RKZ-1205S) и даже нескольких сотен (RS-1205S). То есть источник питания является основным путем «попадания» помех в сигнальные цепи, и разработчику необходимо выбирать модули с минимальной проходной емкостью.

После того как мы «спасли» от помех сигнальные цепи за изоляционным барьером, надо быть уверенным, что высокое значение dv/dt не приведет к сбою самих микросхем драйвера и источника питания. Следовательно, драйвер затвора и источник питания должны быть испытаны на стойкость к синфазному переходному процессу (CMTI), о чем должно быть особо отмечено в технической документации. Кстати, далеко не все производители проводят такие испытания! Для рассмотренных ранее модулей мы имеем следующие значения в документации: Si8271 — 200 кВ/мкс, R05P06S — 65 кВ/мкс. Данное значение необходимо учитывать при проектировании конечного устройства и режимов его работы.

Вторая трудность — параметры затвора GaN-транзистора. Затвор имеет достаточно низкое пороговое напряжение включения (1,5–5 В) и в несколько раз меньшую емкость затвора, чем у стандартных MOSFET-транзисторов. Данная особенность является преимуществом, поскольку требуется меньше энергии на перезаряд емкости затвора, а следовательно, можно сократить амплитуду пикового тока драйвера. Но вместе с тем малое напряжение и емкость делают затвор менее защищенным от скачков напряжения при переходных процессах, а запас по напряжению может составлять лишь 0,5 В. Кроме того, специализированных драйверов и источников питания, рассчитанных на работу с максимальным напряжением затвора около 6 В, существует не так много, только несколько производителей выпускают подобные модели.

Перенапряжение на затворе может возникнуть в результате эффекта Миллера. Несмотря на меньшую емкость между стоком и затвором (СGD), чем у классических MOSFET, этот эффект проявляется и в GaN-транзисторах. При резком изменении напряжения на стоке транзистора (высоком dv/dt) напряжение на затворе может увеличиться из-за протекания тока через эквивалентные емкости СGD, СGS (рис. 3).

Рис. 3. Схема возникновения эффекта Миллера в GaN-транзисторе

Проблему усугубляет малое значение порогового напряжения для открывания GaN-транзистора.

Еще одно потенциально опасное явление может возникнуть при использовании бутстрипного диода для питания верхнего транзистора полумоста (рис. 4). После запирания нижнего ключа из-за особенностей GaN-транзисторов ток свободно протекает через канал транзистора в обратном направлении. Падение напряжения на таком «встроенном» антипараллельном диоде может достигать 2 В и более [2, 5]. Данное напряжение добавляется к напряжению на питающем конденсаторе верхнего ключа (СB), что может привести к превышению разрешенного напряжения на затворе транзистора в 6 В.

Рис. 4. Схема полумоста при использовании бутстрипного диода

Решение. Для минимизации переходных процессов при управлении затвором необходимо минимизировать паразитную индуктивность затворных цепей, для чего при проектировании печатной платы следует максимально уменьшить длину этих цепей и одновременно увеличить их сечение (пример конструкции печатной платы дан на рис. 5).

Рис. 5. Пример конструирования печатной платы

Для того чтобы бороться с возможным возникновением эффекта Миллера, следует уменьшать сопротивление Rgate (рис. 3). Но из-за низкого порогового напряжения на затворе и малой емкости производители GaN-транзисторов не рекомендуют шунтировать данное сопротивление параллельным диодом. Здесь предпочтительно использовать драйвер с раздельными выводами для цепи отпирания и запирания затвора (Vo+ и Vo– на рис. 2).

Для борьбы с превышением напряжения на бутстрипной емкости (СB) можно использовать индивидуальный источник питания для каждого ключа или драйвер со встроенной схемой ограничения напряжения выше 6 В.

Третья трудность — высокая температура работы GaN-транзисторов, которая позволяет уменьшить массу и габариты системы охлаждения. Однако, как упоминалось ранее, затворные цепи должны иметь минимальную длину, то есть драйвер затвора и источник питания должны находиться вплотную к горячему транзистору. Рост температуры окружающей среды приведет к уменьшению времени наработки на отказ [4] данных модулей, что предсказуемо вызовет снижение надежности всей системы. Высокая температура наиболее опасна для источника питания, поскольку из-за наличия трансформатора максимальная температура последнего обычно ограничена +100 °С.

Решение. Источники питания необходимо выбирать с высоким показателем надежности при высоких температурах. В идеале надо выбирать модули питания, основываясь на результатах проведения ускоренных ресурсных испытаний при максимальной рабочей температуре, как, например, это делает компания Recom [6]. К сожалению, далеко не все производители проводят такие испытания и тем более выкладывают их результаты в открытый доступ. Косвенным критерием надежности может служить значение MTBF при повышенных температурах работы.

Так, сравнивая значения MTBF, приведенные в технической документации для RP-1206S (Recom) — 6900 тыс. ч при +80 °С и R12P06S (Recom) — 700 тыс. при +90 °С, нельзя сказать, что первый проработает в 10 раз дольше второго. Тем не менее высокое значение MTBF для RP-1206S как минимум свидетельствует, что схемотехнические решения в нем настолько просты и надежны, а запас по напряжению и току настолько большой, что там просто нечему ломаться. Также важно, как именно реализован трансформатор в источнике питания. От трансформатора, в основном, и зависит величина изоляции и проходная емкость всего источника. Самый лучший вариант конструкции трансформатора — когда первичная и вторичная обмотки расположены на диэлектрическом каркасе кольцевого сердечника и разнесены друг относительно друга на противоположные стороны трансформатора (рис. 6). В такой конструкции возможно получить минимальную емкость между обмотками (менее 2 пФ) и высокую прочность изоляции, вплоть до 8 кВ.

Рис. 6. Реализация трансформатора в R12P06S

 

Отладочная плата для отработки технических решений

Для облегчения процесса разработки и моделирования нового устройства компания Recom предоставляет отладочную плату полумостового инвертора R-REF01-HB (рис. 7).

Рис. 7. Внешний вид отладочной платы R-REF01-HB (транзисторы не входят в комплект)

Плата удобна для моделирования большинства стандартных схемотехнических решений, таких как повышающие и понижающие источники питания, прямо- и обратноходовые преобразователи, синхронные схемы выпрямления, квазирезонансные источники питания и т. д. При наличии нескольких плат можно моделировать мостовые схемы, в том числе с применением фазоразностного ШИМ-управления, и другие схемы для реализации режима переключения при нуле тока или нуле напряжения.

Плата является универсальной и может применяться не только совместно с GaN-, но и с другими типами транзисторов — IGBT, MOSFET, SiC MOSFET в корпусах TO247-3L и TO247-4L. С помощью платы R-REF01-HB удобно проверять характеристики не только транзисторов, но и изолированных источников питания, поставляемых в комплекте с платой. Как упоминалось выше, под разные виды транзисторов устанавливаются разные типы источников питания, которые в первую очередь отличаются выходным напряжением. В комплекте с R-REF01-HB предусмотрено пять типов источников (табл.).

Таблица. Возможные варианты DC/DC-модулей питания отладочной платы R-REF01-HB

Партномер

Мощность, Вт

Выходное напряжение, В

Разработан для типа транзистора

R12P22005D*

2

+20/–5

SiC MOSFET

R12P21503D*

+15/–3

R12P21509D*

+15/–9

IGBT

R12P1509D

1

R12P06S*

+6

GaN

R12P12S

+12

Si MOSFET

Примечание. *Данные модули поставляются вместе с платой, по 2 шт. каждого.

Параметры схем, которые можно моделировать с помощью этой платы, практически ограничены только максимальным рабочим напряжением на полумосте, равным 1000 В, и параметрами выбранных транзисторов. После выбора транзистора желательно проверить, достаточно ли мощности для управления затвором на выбранной частоте переключения. Пиковый ток установленного по умолчанию драйвера (SI8273GBD-IS1) равен 4 А. Однако при использовании установленного по умолчанию комплементарного транзистора IC4, IC6 (рис. 8) максимальный импульсный ток затворной цепи составляет 10 А, что более чем достаточно для большинства существующих транзисторов. Для расчета нужной мощности от источника питания для перезаряда затвора транзистора можно воспользоваться формулой:

где Pminминимальная требуемая мощность источника питания; Pdriver — мощность, потребляемая выходными цепями драйвера в режиме ожидания; Qgateзаряд затвора; fswчастота переключения транзистора; DVgateдиапазон напряжения на затворе; Vdcвыходное напряжение источника питания; Rbalastсопротивление балластного резистора на выходе источника питания.

Рис. 8. Схема отладочной платы R-REF01-HB

 

Состав платы

Логические управляющие TTL-сигналы подаются на плату посредством коаксиальных BNC-разъемов U1, U2.

На плате установлен драйвер IC1 (Si8273), вместо которого можно воспользоваться другим драйвером в широком корпусе SOIC-16, например UCC21520 (не входит в комплект поставки).

Напряжение питания для платы (разъем CON1) должно быть в диапазоне 15–42 В. Далее внутренние напряжения 12 В обеспечиваются установленным импульсным источником IC5 (R-78C12-1.0) и 5-В линейным стабилизатором IC8 (L78L05). Изолированные источники питания IC2, IC3 изначально не установлены, разработчик сам может выбрать подходящий модуль из комплекта поставки (табл.).

Для возможности разделения затворных цепей открывания и закрывания транзистора на плате установлены комплементарные транзисторы IC6, IC4 (ZXGD3006E6TA). Их можно деактивировать, удалив резисторы R3, R6 и установив перемычки R24, R25.

Силовые транзисторы в комплект поставки не входят. Транзисторы в корпусе TO247-4L устанавливаются в плату без каких-либо доработок; для установки транзисторов в корпусе TO247-3L требуется запаять перемычку или нулевой резистор на места R19, R20.

 

Выводы

В целом разработка нового изделия с применением GaN-транзисторов не требует изобретения новых схемотехнических приемов. В данном случае разработчику нужно сконцентрироваться на деталях и свойствах GaN-транзисторов и более тщательно подходить к выбору компонентов, устанавливаемых на плату.

На данный момент силовые транзисторы на основе GaN достаточно дороги, и выигрыш от их использования редко дает должный экономический эффект. Но уже можно предсказать, что за счет уникальных характеристик они будут применяться все чаще и чаще, особенно после снижения цен на данный вид полупроводниковых изделий. В связи с этим кажется разумным заранее разработать и испытать свое изделие, чтобы обогнать конкурентов еще на старте.

МОП-транзистор для защиты от переполюсовки цепи с питанием от батареи LiFePO4?

Два требования (обратная защита и обратная полярность) нелегко выполнить в одном устройстве.
Сам по себе Vgs MOSFET слишком плохо определен между частями и недостаточно острый, чтобы сделать хорошее отключение батареи.
Добавив самую дешевую в мире микросхему и два или три резистора, вы сможете удовлетворить обе потребности.

Канал AP MOSFET в выводе + ve, сток (не исток) к B +, источник (не сток) к нагрузке + и вентиль к B- обеспечат FET, который включен с правильной полярностью батареи.

Теперь добавьте шунтирующий регулятор TLV431 от затвора FET к заземлению и установите два резистора, чтобы запрограммировать его на отключение, когда значение Vbat превышает предварительно установленный предел. Добавьте затвор 3-го резистора в B +, чтобы выключить FET, когда TLV431 выключен.
Я назначил 1,25 В TLV431, а не 2,5 В TL431, так как катод устройства снижается до Vref — в лучшем случае 0,6 В (основываясь на моем опыте и логическом результате внутренней структуры) и номинально примерно до Vref.
С 1,25 В в качестве Vref в TLV431 и, скажем, 3 вольт Vbat, который оставляет (3-1,25 В) = 1,75 В Vgs для MOSFET, что означает, что ему нужно Vgsth больше, чем 1 В, чтобы хорошо работать с 1,75 В на затворе. МОП-транзисторы, которые соответствуют этой спецификации, не распространены, но существуют.
При желании можно использовать полевой транзистор NChannel, но схема переключения уровня, вероятно, будет несколько более сложной.

Один МОП-транзистор защищает от обратной полярности, но, как отметил Брюс Эббот, не полностью защищает от глубокого разряда из-за проводимости диода в корпусе. Для защиты от чрезмерной разрядки и обратной полярности необходимы два полноприводных MOSFET

Первая диаграмма ниже показывает версию 1 FET с защитой от обратной полярности и ограниченной защитой от низкого напряжения.
Для обратной полярности пропустите только R1, R2, R3, D1 и подключите вентиль FET к groumnd. Это стандартная схема защиты от обратной полярности, появившаяся десятилетия назад — я не знаю, кто впервые подумал об этом, но кто-то пытался унаследовать эту концепцию задолго до того, как она стала обычным явлением.
Прямое заземление затвора в порядке для Vbattery << Vgsmax.
Для комбинированной обратной полярности и отключения по низкому напряжению: когда полярность правильная и напряжение батареи падает ниже установленного напряжения, полевой транзистор отключается, и диод корпуса будет последовательно подключен к нагрузке — таким образом, доступное напряжение падает, скажем, от 3 В1 до, возможно, 2 В 4 (0,7 В). падение из-за плохой диодной структуры). Если нагрузка была, например, белым светодиодом с Vf ~ = 3,0 В при нормальной работе, то потребление тока упало бы до очень маленького значения @ по сравнению с нормальным.

На второй диаграмме 2-й полевой транзистор (оба канала P) с противоположной полярностью ds к первому останавливает проводимость через полевые транзисторы. Перед тем как путь разгрузки R2 R3 останется, а R2 должен быть настолько большим, насколько позволяют другие параметры конструкции.

Рисунок 1 — Защита от обратной полярности, низкое напряжение добавляет 0,7 В + капельный диод на пути разряда.

смоделировать эту схему — схема, созданная с использованием CircuitLab

Рисунок 2 — Защита от обратной полярности, низкое напряжение отключает нагрузку.

Rx условно требуется для включения двухполосной пары FET, но на практике, как правило, не требуется. При необходимости используйте Rx = 10 МОм.

смоделировать эту схему

Что по отражению, может быть немного упрощено, как показано ниже. Двойные плавающие ворота исключены. Верхний полевой МОП-транзистор теперь имеет дело только с изменением полярности, а нижний — с отключением пониженного напряжения. В выключенном состоянии TLV431 практически не потребляет ток (как правило, не более 0,05 мкА), поэтому можно установить значение R3, чтобы гарантировать, что TLV431 потребляет минимальный регулирующий ток при включении — это зависит от марки, но обычно составляет 80 мкА МАКС.
R2 R3 по-прежнему потребляет ток все время, но поскольку Iref составляет максимум 0,3 мкА, 0,15 мкА, типичное сопротивление 100 кОм, дает ошибку V = IR = 0,3 мкА х 100 к = 0,03 В.
При R2 = 100k, Vref = 1,25 В и Vbat = 3 В I_R2 = (3-1,25) / 100 к = ~ 18 мкА.
1% заряженного элемента емкостью 2000 мАч будет длиться (2000 мАч x 1%) / 18 мкА> 1000 часов.

http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TLV431A-D.PDF

смоделировать эту схему


Минимальное напряжение разряда для нагрузок вымывания элемента LiFePO4 ниже C обычно находится в диапазоне 3,0–3,1 В. Под большими нагрузками. 1C 10C — … более низкие напряжения обычно связаны с падением напряжения от внутреннего импеданса. 3.2V крайне консервативен.

Приведенная выше схема разряжает аккумулятор с помощью R2 + R3, когда FET выключен. Таким образом, чтобы минимизировать сток в выключенном режиме, R2 и R3 должны быть как можно больше при минимизации Vset из-за токов смещения в резисторах.

Возможно подходящая часть — зависит от желаемого максимального тока NTJS3151P — только пример.

Обозначение цепей питания в иностранных материалах — Меандр — занимательная электроника

Каждый человек увлекающийся электроникой сталкивается с материалами иностранного происхождения. И будь то схема электронного устройства или спецификация на чип, там могут встречаться множество различных обозначений цепей питания, которые вполне могут ввести в замешательство начинающего или незнакомого с этой темой радиолюбителя. В интернете достаточно информации чтобы внести ясность в этот вопрос. Далее кратко изложено то что было найдено о происхождении обозначений и их применении.

VCC, VEE, VDD, VSSоткуда такие обозначения? Обозначения цепей питания проистекают из области анализа схем на транзисторах, где, обычно, рассматривается схема с транзистором и резисторами подключенными к нему. Напряжение (относительно земли) на коллекторе (collector), эмиттере (emitter) и базе (base) обозначают VC, VE и VB. Резисторы подключенные к выводам транзистора обозначим RC, RE и RB. Напряжение на дальних (от транзистора) выводах резисторов часто обозначают VCC, VEE и VBB. На практике, например для NPN транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, VCC соответствуют плюсу, а VEE минусу источника питания. Соответственно для PNP транзисторов будет наоборот.

Аналогичные рассуждения для полевых транзисторов N-типа и схемы с общим истоком дают объяснение обозначений VDD и VSS (D — drain, сток; S — source, исток): VDD — плюс, VSS — минус.

Обозначения напряжений на выводах вакуумных ламп могут быть следующие: VP (plate, anode), VK (cathode, именно K, не C), VG (grid, сетка).

Как написано выше, Vcc и Vee используются для схем на биполярных транзисторах (VCC — плюс, VEE — минус), а Vdd и Vss для схем на полевых транзисторах (VDD — плюс, VSS — минус). Такое обозначение не совсем корректно, так как микросхемы состоят из комплементарных пар транзисторов. Например, у КМОП микросхем, плюс подключен к P-FET истокам, а минус к N-FET истокам. Тем не менее, это традиционное устоявшее обозначение для цепей питания независимо от типа проводимости используемых транзисторов.

Для схем с двух полярным питанием VCC и VDD могут интерпретироваться как наибольшее положительное, а VEE и VSS как самое отрицательное напряжение в схеме относительно земли.

Для микросхем питающихся от одного или нескольких источников одной полярности минус часто обозначают GND (земля). Земля может быть разной, например, сигнальная, соединение с корпусом, заземление.

 

Вот перечень некоторых обозначений (далеко не полный).

Обозначение Описание Заметки
GND Земля (минус питания) Ground
AGND Аналоговая земля (минус питания) Analog ground
DGND Цифровая земля (плюс питания) Digital ground
Vcc
Vdd
V+
VS+
Плюс питания
(наибольшее положительное напряжение)
Vee
Vss
V-
VS−
Земля, минус питания
(самое отрицательное напряжение)
Vref Опорное напряжение
(для АЦП, ЦАП, компараторов и др.)
Reference (эталон, образец)
Vpp Напряжение программирования/стирания (возможно pp = programming power)
VCORE
VINT
Напряжение питания ядра
(например, в ПЛИС)
Core (ядро)

Internal (внутренний)VIO
VCCIOНапряжение питания периферийных схем
(например, в ПЛИС)Input/Output (ввод/вывод)

Как видно, часто обозначения образуются путём добавления слова, одной или нескольких букв (возможно цифр), которые соответствуют буквам в слове отражающем функцию цепи (например, как Vref).

Иногда обозначения Vcc и Vdd могут присутствовать у одной микросхемы (или устройства), тогда это может быть, например, преобразователь напряжения. Так же это может быть признаком двойного питания. В таком случае, обычно, Vcc соответствует питанию силовой или периферийной части, Vdd питанию цифровой части (обычно Vcc>=Vdd), а минус питания может быть обозначен Vss.

Совмещение в современных микросхемах различных технологий, традиции, или какие-то другие причины, привели к тому, что нет чёткого критерия для выбора того или иного обозначения. Поэтому бывает, что обозначения «смешивают», например, используют VCC вместе с VSS или VDD вместе с VEE, но смысл, обычно, сохраняется — VCC > VSS, VDD > VEE. Например, практически повсеместно, можно встретить в спецификации на микросхемы серии 74HC (HC = High speed CMOS), 74LVC и др., обозначение питания как Vcc. Т.е. в спецификации на CMOS (КМОП) микросхемы используется обозначение для схем на биполярных транзисторах.

Текстов какого либо стандарта (ANSI, IEEE) по этой теме найти не удалось. Именно поэтому в тексте встречаются слова «может быть», «иногда», «обычно» и подобные. Несмотря на это, приведённой информации вполне достаточно, чтобы чуть лучше ориентироваться в иностранных материалах по электронике.

Конструкция с низким энергопотреблением — отключить делитель напряжения с помощью транзистора?

То, что вы предлагаете, возможно, но вы должны знать о некоторых ошибках. Самая большая проблема для транзистора, чтобы не искажать измерения. Вы не предъявляли никаких требований к точности, но допустим, что это 10-битный АЦП, и вы не хотите, чтобы транзистор добавлял более 1 счетчика ошибок. По шкале 3,3 В один отсчет 10-разрядного АЦП составляет 3,2 мВ. При равных двух резисторах транзистор не может опускаться более чем на 6,5 мВ. Это полностью исключает биполярный транзистор.

AP канал FET может сделать это. Опять же, если вы хотите, чтобы транзистор не добавил погрешность более 0,1%, он должен быть меньше 200 мОм, когда два резистора равны, и вдвое меньше, чем в худшем случае.

Полевые транзисторы с каналом P 100 мОм могут быть найдены, но полевые транзисторы с каналом N более многочисленны и имеют лучшие характеристики, особенно при таких низких напряжениях. Вместо этого я бы использовал нижний боковой переключатель N-канала:

IRLML2502 гарантированно имеет максимум 80 мОм только при приводе затвора 2,5 В, поэтому добавится очень мало ошибок. Если требуется гораздо меньшая погрешность, то вы можете измерить нижнюю часть R2 в дополнение к делителю напряжения, а затем падение во всем коммутаторе может быть учтено во встроенном программном обеспечении.

Добавлено:

Теперь вы изменили вопрос, сказав, что вы действительно используете мостовую схему. Это имело смысл, когда измерение должно было отображаться с использованием аналогового измерителя, но не является необходимым при использовании современного микроконтроллера. С обычным A / D микроконтроллера у вас уже есть мост, так как результат A / D пропорционален диапазону источника питания. По сути, другая сторона моста встроена в микро. Использование другого внешнего моста и второго входа A / D только добавит ошибку. Если у вас все в порядке с точностью до 0,1% напряжения, выходящего из делителя, просто используйте схему выше.

Некоторые микроконтроллеры имеют отдельную отрицательную опорную линию аналого-цифрового напряжения. Например, это называется Vref-on Microchip PIC. Вы можете управлять Vref- снизу R2, чтобы игнорировать напряжение через Q1. Тем не менее, проверьте допустимый диапазон Vref-pin. Это не может быть позволено идти так высоко, как Vdd. На самом деле это тот случай, когда вы можете использовать абсолютный максимальный рейтинг вместо рабочих значений. Когда цепь датчика отключена, вам нужно только, чтобы A / D не был поврежден, а не чтобы он работал правильно. Конечно, если вы используете A / D для других целей, эта схема не будет работать.

Больше на мостах:

Было высказано предположение, что в этом случае лучше использовать «мостовую» цепь, которая будет устранять любое падение напряжения на Q1 в цепи выше. Это не так, по крайней мере, с моей интерпретацией «мостовой» схемы. Вот как я думаю, что мост предназначен для подключения:

R1 — измеряемый датчик переменного сопротивления. R2, R3 и R4 — фиксированные резисторы с известными значениями. SW1 — это переключатель, используемый для отключения этой цепи, когда он не используется для экономии энергии. Когда измерение проводится, SW1 закрывается. В этой схеме SW1 предполагается идеальным переключателем с R5, показанным отдельно, чтобы представить его на сопротивлении.

Задача мостовой схемы — обеспечить дифференциальное напряжение между V1 и V2. Это было полезно в старых аналоговых измерителях, когда измеритель требовал значительного тока и мог быть напрямую подключен между V1 и V2. Обратите внимание, что напряжение V1-V2 по-прежнему пропорционально Vdd. Эта схема нене зависит от Vdd и, следовательно, не зависит от очевидной ошибки в напряжении питания, вызванной током через R5. Мостовые цепи не зависят от Vdd только в одном случае, и именно тогда V1-V2 равен нулю. Вот почему старые аналоговые счетчики, которые использовали мостовые схемы, объединили их с прецизионно откалиброванной переменной R3. Вы не будете использовать измерение V1-V2, отображаемое на измерителе, как прямое измерение, а скорее как обратную связь установки R3, так что V1-V2 будет нулевым. В этом особом случае значение Vdd не имеет значения, равно как и сопротивление измерительного прибора между V1 и V2.

То, что мы имеем здесь сегодня с аналого-цифровыми входами микроконтроллера, — это совершенно другой случай. Эти АЦП не предназначены для дифференциальных измерений, и у нас все равно нет откалиброванного надежного способа изменения R3. Тем не менее, мы можем сделать довольно точные измерения напряжения реалистичными для диапазона GND — Vdd .

Если бы R5 было 0, то напряжение на V1 было бы отношением Vdd, зависящим только от R1. Поскольку и схема датчика, и аналого-цифровой преобразователь в микроконтроллере вырабатывают и измеряют напряжение относительно диапазона GND — Vdd, точное значение этого диапазона компенсируется.

Единственная проблема — когда R5 ненулевой и неизвестен в некотором диапазоне. Это добавляет неизвестную ошибку к V1, даже если она рассматривается относительно диапазона Vdd. По сути, датчик вырабатывает напряжение с фиксированной долей диапазона Vlow-Vdd, в то время как микро измеряет его как фиксированную долю GND-Vdd. Самый простой способ справиться с этим — гарантировать, что Vlow является достаточно малой долей Vdd, чтобы эту ошибку можно было игнорировать.

Предложение использовать мостовую схему, по-видимому, таково, что измерение V1 и V2 позволяет устранить эту ошибку. Если R3 и R4 хорошо известны, то V2 является прямой функцией Vlow, но ослабляется делителем R4, R3. С высокой точностью можно измерить V2, сделать вывод Vlow и использовать результат для коррекции показаний V1. Тем не менее, нет никаких преимуществ для R4, R3 делителя. Если вам нужно исправить Vlow, лучше измерить его напрямую. Ни в коем случае измерение V2 лучше, чем измерение Vlow напрямую. Так как мы лучше измеряем Vlow и поэтому не нуждаемся в V2, нет смысла производить V2. Поэтому R3 и R4 могут быть исключены, не оставляя ничего, что можно было бы назвать «мостовой» цепью.

Соединительный полевой транзистор (JFET) в качестве переключателя | Переходные полевые транзисторы

Как и его биполярный собрат, полевой транзистор может использоваться в качестве переключателя включения / выключения, управляющего подачей электроэнергии на нагрузку. Давайте начнем наше исследование JFET как переключателя с нашей знакомой схемы переключатель / лампа:

Помня, что управляемый ток в полевом транзисторе JFET течет между истоком и стоком, мы заменяем соединения истока и стока полевого транзистора на два конца переключателя в приведенной выше схеме:

Если вы еще не заметили, соединения истока и стока на полевом транзисторе JFET выглядят одинаково на условном обозначении.В отличие от транзистора с биполярным переходом, где эмиттер четко отделен от коллектора стрелкой, линии истока и стока полевого транзистора проходят перпендикулярно полосе, представляющей канал полупроводника. Это не случайно, так как линии истока и стока полевого транзистора на практике часто взаимозаменяемы! Другими словами, полевые транзисторы JFET обычно способны обрабатывать ток в канале в любом направлении, от истока к стоку или от стока к истоку.

JFET как разомкнутый переключатель

Теперь все, что нам нужно в схеме, — это способ контролировать проводимость полевого транзистора.Если между затвором и истоком приложено нулевое напряжение, канал полевого транзистора будет «открыт», пропуская полный ток к лампе. Чтобы выключить лампу, нам нужно будет подключить другой источник постоянного напряжения между затвором и истоком полевого транзистора, например:

JFET как замкнутый переключатель

Замыкание этого переключателя приведет к «защемлению» канала JFET, заставляя его отключаться и выключая лампу:

Обратите внимание, что через ворота не проходит ток.Как PN-переход с обратным смещением, он препятствует прохождению через него тока. Как устройство, управляемое напряжением, JFET требует незначительного входного тока. Это преимущество JFET перед биполярным транзистором: управляющий сигнал практически не требует мощности.

Повторное открытие управляющего переключателя должно отключать напряжение постоянного смещения обратного смещения от затвора, тем самым позволяя транзистору снова включиться. Во всяком случае, в идеале это работает так. На практике это может вообще не работать:

Почему это? Почему канал JFET не открывается снова и не пропускает ток лампы, как это было раньше, без напряжения между затвором и истоком? Ответ заключается в работе перехода затвор-исток с обратным смещением.Область истощения внутри этого перехода действует как изолирующий барьер, отделяющий затвор от источника. Таким образом, он обладает определенной емкостью , способной хранить потенциал электрического заряда. После того, как этот переход был принудительно смещен в обратном направлении посредством приложения внешнего напряжения, он будет иметь тенденцию удерживать это напряжение обратного смещения в качестве накопленного заряда даже после того, как источник этого напряжения был отключен. Чтобы снова включить полевой транзистор, необходимо сбросить накопленный заряд между затвором и истоком через резистор:

Кровоточащий резистор

Значение этого резистора не имеет большого значения.Емкость перехода затвор-исток полевого транзистора очень мала, и поэтому даже довольно большой резистор утечки создает быструю постоянную времени RC, позволяя транзистору возобновлять проводимость с небольшой задержкой после размыкания переключателя.

Как и биполярный транзистор, не имеет значения, откуда и какое управляющее напряжение исходит. Мы могли бы использовать солнечную батарею, термопару или любое другое устройство, генерирующее напряжение, для подачи напряжения, контролирующего проводимость полевого транзистора. Все, что требуется от источника напряжения для работы переключателя JFET, — это достаточное напряжение , чтобы обеспечить отсечку канала JFET.Этот уровень обычно находится в области нескольких вольт постоянного тока и называется напряжением отсечки или отсечки . Точное напряжение отсечки для любого данного JFET зависит от его уникальной конструкции и не является универсальной величиной, например 0,7 В для напряжения перехода база-эмиттер кремниевого BJT.

ОБЗОР:

  • Полевые транзисторы регулируют ток между соединениями истока и стока с помощью напряжения, приложенного между затвором и истоком. В полевом транзисторе (JFET) с переходом и существует PN переход между затвором и истоком, который обычно имеет обратное смещение для управления током исток-сток.
  • JFET — это нормально включенные (нормально насыщенные) устройства. Приложение напряжения обратного смещения между затвором и истоком вызывает расширение обедненной области этого перехода, тем самым «защемляя» канал между истоком и стоком, через который проходит управляемый ток.
  • Может потребоваться установить «отводящий» резистор между затвором и истоком, чтобы разрядить накопленный заряд, накопленный на естественной емкости перехода при снятии управляющего напряжения.В противном случае может остаться заряд, чтобы JFET оставался в режиме отсечки даже после отключения источника напряжения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Схема транзистора «Классификация» | Основы электроники

Классифицируется по форме.

Размер и форма транзистора определяются потребляемой мощностью и способом монтажа. Транзисторы можно разделить на выводы с выводами и на поверхность.

Типовые формы транзисторов

(На рисунках показаны виды в разрезе)

Миниатюрный транзистор поверхностного монтажа Транзистор вставного типа

Классификация в соответствии с конструкцией

Транзисторы

обычно делятся на два основных типа в зависимости от их конструкции.Эти два типа представляют собой транзисторы с биполярным переходом (BJT) и полевые транзисторы (FET).

Биполярные транзисторы

Слово «биполярный» состоит из двух корневых слов. Би (что означает «два») и полярный (что означает «противоположности»). Биполярный транзистор — это транзистор, в котором ток через транзистор передается через отверстия (положительная полярность) и электроны (отрицательная полярность). Транзисторы с биполярным переходом были первым типом транзисторов, которые начали массово производиться в 1947 году в виде транзисторов с точечным контактом (Bell Labs).Они представляют собой комбинацию двух переходных диодов и образованы либо из тонкого слоя полупроводника p-типа, зажатого между двумя полупроводниками n-типа (транзистор n – p – n), либо из тонкого слоя полупроводника n-типа, зажатого между два полупроводника p-типа (транзистор ap – n – p).

полевые транзисторы

Полевые транзисторы (полевые транзисторы) обычно можно разделить на три различных типа; полевые транзисторы переходного типа, полевые транзисторы типа MOS (металл-оксид-полупроводник) и полевые транзисторы типа MES (металл-полупроводник). Полевые транзисторы переходного типа в основном используются в аналоговых схемах, например, в звуковом оборудовании, а полевые транзисторы типа МОП используются в основном в цифровых ИС, таких как те, которые используются в микрокомпьютерах.Полевые транзисторы типа MES используются для усиления микроволн, например, в приемопередатчиках спутникового вещания.

Классификация по допустимой мощности

Существует две широких классификации транзисторов в зависимости от их допустимой мощности: малосигнальные транзисторы и силовые транзисторы. Эти классификации основаны, прежде всего, на максимальном номинальном значении рассеиваемой мощности коллектора Pc.

Малосигнальные транзисторы

Это транзисторы, у которых максимальный ток коллектора (IC (max)) составляет около 500 мА или меньше, а максимальная рассеиваемая мощность коллектора (Pc (max)) меньше 1 Вт.Эти транзисторы называются транзисторами с малым сигналом, чтобы отличать их от силовых транзисторов, и имеют особенность, заключающуюся в том, что они, как правило, представляют собой формованные из эпоксидной смолы.

Силовые транзисторы

Если транзистор имеет Pc 1 Вт или более, его обычно классифицируют как силовой транзистор. По сравнению с малосигнальными транзисторами, силовые транзисторы имеют больший максимальный ток коллектора, максимальную рассеиваемую мощность коллектора, а также имеют больший размер для удовлетворения тепловыделения. Обычно они экранированы металлом или имеют конструкцию с теплоизлучающими ребрами.

В Японии транзистор называют «камнем». Слово «транзистор» — это комбинация передачи и резистора. Поскольку транзистор сделан из кремния, который является основным элементом всех горных пород и камней на Земле, многие японские дизайнеры называют транзистор камнем.

Классификация по типу интеграции

Помимо транзисторов дискретного типа, ROHM также производит композитные транзисторы. Они объединяют несколько транзисторов вместе, чтобы удовлетворить различные потребности пользователей.К ним относятся цифровые транзисторы со встроенными резисторами, массивы транзисторов, состоящие из нескольких транзисторов в одном корпусе, и транзисторные блоки со встроенными простыми схемами.

Дискретные транзисторы

Это транзисторы в индивидуальной упаковке. Они становятся все менее распространенными, поскольку подавляющее большинство транзисторов в настоящее время производится в интегральных схемах вместе с диодами, резисторами, конденсаторами и другими электронными компонентами для создания законченных электронных схем.

Составные транзисторы

Составной транзистор (иногда известный как транзистор Дарлингтона) представляет собой комбинацию двух или более транзисторов (обычно транзисторов с биполярным переходом) с целью увеличения коэффициента усиления по току.

* Цифровые транзисторы

Цифровой транзистор — это биполярный транзистор со встроенными резисторами. Это стандартные транзисторы, которые используются в схемотехнике.

Транзистор Типы транзисторов

— переходные транзисторы и полевые транзисторы

Транзистор стал важным компонентом современной электроники, и мы не можем представить мир без транзисторов.В этом уроке мы узнаем о классификации и различных типах транзисторов. Мы узнаем о BJT (NPN и PNP), JFET (N-Channel и P-Channel), MOSFET (Enhancement and Depletion), а также о транзисторах на основе их приложений (слабый сигнал, быстрое переключение, мощность и т. Д.).

Введение

Транзистор — это полупроводниковое устройство, которое используется либо для усиления сигналов, либо в качестве переключателя с электрическим управлением. Транзистор представляет собой устройство с тремя выводами, и небольшой ток / напряжение на одном выводе (или выводе) будет управлять большим потоком тока между двумя другими выводами (выводами).

С давних пор электронные лампы заменяют транзисторами, потому что транзисторы имеют больше преимуществ перед электронными лампами. Транзисторы малы по размеру и требуют для работы небольшого количества энергии, а также имеют низкую рассеиваемую мощность. Транзистор является одним из важных активных компонентов (устройство, которое может производить выходной сигнал большей мощности, чем входной).

Транзистор

является важным компонентом почти каждой электронной схемы, такой как усилители, переключатели, генераторы, регуляторы напряжения, источники питания и, что наиболее важно, микросхемы цифровой логики.

Со времени изобретения первого транзистора до наших дней транзисторы подразделяются на разные типы в зависимости от их конструкции или работы. Следующая древовидная диаграмма объясняет базовую классификацию различных типов транзисторов.

Диаграмма дерева транзисторов

Классификацию транзисторов можно легко понять, просмотрев приведенную выше древовидную диаграмму. Транзисторы в основном делятся на два типа. Это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP. Полевые транзисторы подразделяются на JFET и MOSFET.

Junction FET-транзисторы подразделяются на JFET с N-каналом и JFET с P-каналом в зависимости от их конструкции. МОП-транзисторы подразделяются на режим истощения и режим улучшения. Опять же, транзисторы режима обеднения и улучшения дополнительно классифицируются на соответствующие N-канал и P-канал.

Типы транзисторов

Как упоминалось ранее, в более широком смысле, основные семейства транзисторов — это биполярные транзисторы и полевые транзисторы.Независимо от того, к какому семейству они принадлежат, все транзисторы имеют правильное / специфическое расположение различных полупроводниковых материалов. Обычно используемые полупроводниковые материалы для изготовления транзисторов — это кремний, германий и арсенид галлия.

В основном транзисторы классифицируются в зависимости от их конструкции. У каждого типа транзисторов есть свои особенности, достоинства и недостатки.

Говоря физически и структурно, разница между BJT и FET заключается в том, что в BJT для работы требуются как основные, так и неосновные носители заряда, тогда как в случае полевых транзисторов требуются только основные носители заряда.

Исходя из своих свойств и характеристик, некоторые транзисторы в основном используются для целей переключения (MOSFET), а с другой стороны, некоторые транзисторы используются для целей усиления (BJT). Некоторые транзисторы предназначены как для усиления, так и для переключения.

Переходные транзисторы

Переходные транзисторы

обычно называются биполярными переходными транзисторами (BJT). Термин «биполярный» означает, что для проведения тока требуются и электроны, и дырки, а термин «переход» означает, что он содержит PN-переход (фактически, два перехода).

BJT имеют три терминала с именами Эмиттер (E), База (B) и Коллектор (C). Транзисторы BJT подразделяются на транзисторы NPN и PNP в зависимости от конструкции.

BJT — это, по сути, устройства с управлением по току. Если через базу BJT-транзистора протекает небольшой ток, это вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору. Биполярные переходные транзисторы имеют низкий входной импеданс, что приводит к протеканию через транзистор большого тока.

Биполярные переходные транзисторы включаются только входным током, который подается на клемму базы. БЮТ могут работать в трех регионах. Их:

  • Область отсечки: здесь транзистор находится в состоянии «ВЫКЛ», т.е. ток, протекающий через транзистор, равен нулю. По сути, это открытый переключатель.
  • Активная область: здесь транзистор действует как усилитель.
  • Область насыщения: здесь транзистор находится в полностью «ВКЛЮЧЕННОМ» состоянии и также работает как замкнутый переключатель.
NPN транзистор

NPN — это один из двух типов биполярных переходных транзисторов (BJT). Транзистор NPN состоит из двух полупроводниковых материалов n-типа, разделенных тонким слоем полупроводника p-типа. Здесь основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда являются дырки. Поток электронов от эмиттера к коллектору контролируется током в клемме базы.

Небольшой ток на выводе базы вызывает протекание большого тока от эмиттера к коллектору.В настоящее время наиболее часто используемым биполярным транзистором является транзистор NPN, поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок. Стандартное уравнение для токов, протекающих в транзисторе, равно

.

I E = I B + I C

Обозначения и структура NPN-транзисторов приведены ниже.

Транзистор PNP

PNP — это еще один тип биполярных переходных транзисторов (BJT). Транзисторы PNP содержат два полупроводниковых материала p-типа и разделены тонким слоем полупроводника n-типа.Основными носителями заряда в транзисторах PNP являются дырки, а электроны — неосновные носители заряда. Стрелка на выводе эмиттера транзистора указывает протекание обычного тока. В транзисторе PNP ток течет от эмиттера к коллектору.

Транзистор PNP включен, когда клемма базы подтягивается к НИЗКОМУ по отношению к эмиттеру. Символ и структура транзистора PNP показаны ниже.

FET (полевой транзистор)

Полевой транзистор (FET) — еще один основной тип транзисторов.По сути, у полевого транзистора также есть три терминала (как у BJT). Три терминала: ворота (G), слив (D) и источник (S). Полевые транзисторы подразделяются на полевые транзисторы с переходным эффектом (JFET) и полевые транзисторы с изолированным затвором (IG-FET) или полевые транзисторы с металлооксидным полупроводником (MOSFET).

Для соединений в цепи мы также рассматриваем четвертую клемму под названием Base или Substrate. Полевые транзисторы контролируют размер и форму канала между источником и стоком, который создается напряжением, подаваемым на затвор.

Полевые транзисторы являются однополярными устройствами, поскольку для их работы требуется только большинство носителей заряда (в отличие от BJT, которые являются биполярными транзисторами).

JFET (переходно-полевой транзистор)

Соединительный полевой транзистор (JFET) — это самый ранний и простой тип полевого транзистора. Полевые транзисторы JFET используются в качестве переключателей, усилителей и резисторов. Этот транзистор представляет собой устройство, управляемое напряжением. Ему не нужен ток смещения.

Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком транзистора.Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.

Полевой транзистор с N-каналом

В полевом транзисторе с N-каналом протекание тока происходит за счет электронов. Когда между затвором и истоком подается напряжение, между истоком и стоком образуется канал для протекания тока. Этот канал называется N – Channel. В настоящее время JFET с N-каналом являются более предпочтительным типом, чем JFET с P-каналом. Обозначения для N-канального JFET-транзистора приведены ниже.

P – канал JFET

В этом типе полевого транзистора ток протекает из-за дыр.Канал между истоком и стоком называется P-каналом. Обозначения для полевых транзисторов с P-каналом приведены ниже. Здесь стрелки указывают направление тока.

МОП-транзистор
Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор

(MOSFET) является наиболее часто используемым и самым популярным типом среди всех транзисторов. Название «Оксид металла» указывает на то, что область затвора и канал разделены тонким слоем оксида металла (обычно SiO 2 ).

Следовательно, полевой МОП-транзистор также известен как полевой транзистор с изолированным затвором, поскольку область затвора полностью изолирована от области истока-стока.Существует дополнительный вывод, известный как подложка или тело, который является основным полупроводником (кремнием), в котором изготовлен полевой транзистор. Итак, полевой МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложку.

MOSFET

имеет много преимуществ перед BJT и JFET, в основном он предлагает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Он используется в коммутационных и силовых цепях и является основным компонентом технологий проектирования интегральных схем.

MOSFET-транзисторы доступны в вариантах с истощением и расширением.Кроме того, типы истощения и улучшения подразделяются на типы с N-каналом и P-каналом.

N-канальный полевой МОП-транзистор

MOSFET, имеющий N-канальную область между истоком и стоком, называется N-канальным MOSFET. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы материалами n-типа, расположенными в сильно легированном полупроводниковом материале p-типа (подложке).

Ток между истоком и стоком обусловлен электронами. Напряжение затвора контролирует протекание тока в цепи.MOSFET с N-каналом используется чаще, чем MOSFET с P-каналом, потому что подвижность электронов выше, чем подвижность дырок.

Обозначения и структуры для N-канальных MOSFET-транзисторов приведены ниже (как в режиме улучшения, так и в режиме истощения).

МОП-транзистор с П-каналом

MOSFET, имеющий область P-канала между истоком и стоком, называется MOSFET-транзистором с P-каналом. Здесь выводы истока и стока сильно легированы материалом P-типа, а подложка легирована материалом N-типа.Ток между истоком и стоком обусловлен концентрацией дырок. Приложенное напряжение на затворе будет управлять потоком тока через область канала.

Обозначения и структуры для P-канальных MOSFET-транзисторов приведены ниже (как в режиме улучшения, так и в режиме истощения).

Транзисторы

на основе функции

Транзисторы

также классифицируются в зависимости от выполняемых ими функций (операций или приложений). Ниже описаны различные типы транзисторов в зависимости от их функции.

Транзисторы малой мощности

Основная функция малосигнальных транзисторов заключается в усилении слабых сигналов, но иногда эти транзисторы также используются для переключения. Малосигнальные транзисторы доступны на рынке в виде транзисторов NPN и PNP. Обычно мы можем увидеть какое-то значение, напечатанное на корпусе малосигнального транзистора, которое указывает на hFE транзистора.

В зависимости от этого значения hFE мы можем понять способность транзистора усиливать сигнал.Обычно доступные значения hFE находятся в диапазоне от 10 до 500. Значение тока коллектора этих транзисторов составляет от 80 до 600 мА. Этот тип транзисторов работает в диапазоне частот от 1 до 300 МГц. Само название транзистора указывает на то, что эти транзисторы усиливают слабые сигналы, в которых используются небольшие напряжения и токи, например, несколько милливольт и миллиампер тока.

Малосигнальные транзисторы используются почти во всех типах электронного оборудования, а также эти транзисторы используются в нескольких приложениях, некоторые из них являются переключателями ВКЛ или ВЫКЛ для общего использования, драйвером светодиодного диода, драйвером реле, функцией отключения звука, схемами таймера, инфракрасным диодный усилитель, цепи питания смещения и т. д.

Малые переключающие транзисторы

Малые переключающие транзисторы — это транзисторы, которые в основном используются для переключения, а иногда и для усиления. Как и малосигнальные транзисторы, небольшие переключающие транзисторы также доступны в форме NPN и PNP, и эти типы транзисторов также имеют значения hFE.

Диапазон значений hFE для этих транзисторов составляет от 10 до 200. При значении hFE 200 транзисторы не являются хорошими усилителями, но действуют как лучшие переключатели.Диапазон значений тока коллектора от 10 до 1000 мА. Эти транзисторы используются в основном в коммутационных устройствах.

 

Силовые транзисторы

Транзисторы, которые используются в мощных усилителях и источниках питания, называются силовыми транзисторами. Коллекторный вывод этого транзистора подключен к основанию металлического устройства, и эта структура действует как теплоотвод, который рассеивает избыточную мощность для приложений.

Эти типы транзисторов доступны в виде транзисторов NPN, PNP и Дарлингтона.Здесь значения тока коллектора находятся в диапазоне от 1 до 100 А. Диапазон рабочих частот от 1 до 100 МГц. Значения мощности этих транзисторов находятся в диапазоне от 10 до 300 Вт. Само название транзистора указывает на то, что силовые транзисторы используются в приложениях, где требуются высокая мощность, высокое напряжение и большой ток.

 

Высокочастотные транзисторы

Высокочастотные транзисторы используются для небольших сигналов, которые работают на высоких частотах, и они используются в приложениях для высокоскоростной коммутации.Высокочастотные транзисторы также называют РЧ-транзисторами.

Эти транзисторы имеют максимальные значения частоты около 2000 МГц. Значение тока коллектора (I C ) колеблется от 10 до 600 мА. Эти типы транзисторов также доступны в форме NPN и PNP. Они в основном используются в приложениях с высокочастотными сигналами, а также эти транзисторы должны быть включены или выключены только на высоких скоростях. Эти транзисторы используются в схемах генераторов и усилителей HF, VHF, UHF, CATV и MATV.

Фототранзистор

Фототранзисторы — это транзисторы, которые работают в зависимости от света, т. Е. Эти транзисторы светочувствительны. Простой фототранзистор — это не что иное, как биполярный транзистор, который содержит светочувствительную область вместо клеммы базы.

У фототранзисторов всего 2 вывода вместо 3 (в BJT). Когда светочувствительная область темная, то в транзисторе не течет ток, то есть транзистор находится в выключенном состоянии.

Когда светочувствительная область подвергается воздействию света, на выводе базы генерируется небольшой ток, который вызывает протекание большого тока от коллектора к эмиттеру. Фототранзисторы доступны как в типах транзисторов BJT, так и на полевых транзисторах. Они называются фото-BJT и фото-FET.

В отличие от фото-BJT, фото-полевые транзисторы генерируют напряжение затвора с помощью света, который контролирует ток между выводами стока и истока. Фото-полевые транзисторы более чувствительны к свету, чем фото-полевые транзисторы.Символы фото-BJT и фото-полевых транзисторов показаны выше.

Однопереходные транзисторы (UJT)

Однопереходные транзисторы (UJT) используются только как переключатели с электрическим управлением. Эти транзисторы не имеют усилительных характеристик из-за своей конструкции. Обычно это трехпроводные транзисторы, в которых два называются базовыми клеммами, а третий — эмиттером.

Теперь посмотрим на работу однопереходного транзистора.Если нет разницы потенциалов между эмиттером и любым из выводов базы (B1 или B2), то между B1 и B2 протекает небольшой ток.

Если на вывод эмиттера подается достаточное напряжение, то на выводе эмиттера генерируется большой ток, который добавляется к небольшому току между B1 и B2, что затем вызывает протекание большого тока в транзисторе.

Здесь ток эмиттера является основным источником тока для управления полным током в транзисторе.Ток между выводами B1 и B2 очень мал, и по этой причине эти транзисторы не подходят для целей усиления.

ИБП% 20high% 20power% 20fet% 20 Техническое описание транзистора и примечания по применению

apc ups РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ

Реферат: 1609-P3000A 1609-P3000N hyperterminal apc 1609-NMC UPS APC CIRCUIT Схема управления APC UPS 1609-PXBP APC UPS ремонт онлайн-руководство по обслуживанию ИБП
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 1609-P3000N 1609-P3000H 1609-P3000A 1609-P5000E 1609-П 1609-P5000E 1609-NMC apc ups РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ 1609-P3000A 1609-P3000N гипертерминальный APC 1609-NMC ЦЕПЬ APC ИБП Схема управления APC UPS 1609-PXBP Ремонт ИБП APC онлайн-руководство по обслуживанию ИБП
1609-PXBP

Реферат: ИБП APC CIRCUIT APC Ремонт ИБП hyperterminal apc 1609-NMC apc ups РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ИБП APC 1609-P8000E p8000 UPS РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 1609-P8000E 1609-P10000E 1609-П 1609-NMC 1609-PXBP ЦЕПЬ APC ИБП Ремонт ИБП APC гипертерминальный APC 1609-NMC apc ups РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ ИБП APC 1609-P8000E p8000 ИБП РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ
преимущество офлайн-ИБП

Реферат: Ремонт ИБП Ремонт ИБП 3 фазы ONLINE Схема ИБП Denki работа ИБП 3 фазы на входе Цепи двойного преобразования ИБП ONLINE ЦЕПЬ РЕЛЕ ИБП как работать ИБП в автономном режиме ПРИМЕНЕНИЕ ИБП
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 120 Гц) преимущество офлайн-ИБП Ремонт ИБП Ремонт ИБП Цепь 3-фазного ИБП ONLINE Денки работа ИБП Трехфазные входные цепи двойного преобразования ИБП ONLINE ЦЕПЬ РЕЛЕ ИБП как работать ИБП автономное приложение ИБП
NEC 05F

Аннотация: RFC1628 PC222 SAU202 r7111 d-sub-9 sun SPARC 50 * S01Y SAU502 indigo
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF Windows95 FMH-01 USP-01 FNA-01 ФНВ-01 03-3986-6157ФАКС 06-6312-8711ФАКС 011-210-0855ФАКС 022-263-4168ФАКС NEC 05F RFC1628 PC222 SAU202 r7111 d-sub-9 солнце SPARC 50 * S01Y SAU502 индиго
Схема инвертора
1 кВА

Реферат: E11A102U001 E11A102A E11A102U001-20 Электропроводка ИБП 12В 1кВА ИБП Sanyo Denki PU Ремонт ИБП 12В 1кВА Ремонт ИБП 1кВА проекты инверторов
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF E11A102A M0007084E E11A102A) E11A102U001 Принципиальная схема инвертора 1кВА E11A102A E11A102U001-20 Электропроводка ИБП 12в 1ква ибп Sanyo Denki PU Ремонт ИБП Ремонт ИБП 12в 1кВА Проекты инверторов 1кВА
2000 — К1-У25JM5-0609050SI

Аннотация: SMU-HA152 SMU-EA152 SMU-HB302-R-200 SCU-A501 SCU-A751 SMU-EA152-R ИБП 100 Вт, 600 Вт, ИБП 220 В, 12 В, 30 кВА
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF ISO9001 / 14001 K1-U25JM5-0609050SI K1-U25JM5-0609050SI SMU-HA152 SMU-EA152 SMU-HB302-R-200 SCU-A501 SCU-A751 СМУ-EA152-R ИБП 100 Вт ИБП 600 Вт, 220 В, 12 В 30кВА
2014 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 75кВА 100/110/120/127 В 750 ВА 50/60 Гц SU750RTXLCD2U RS232 5-15П 5-15р
2013 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF SU1000XLA 100/110/120 В 1000 ВА 100/110/120 В 50/60 Гц, RS232 5-15П 5-15р SU1000XLa AS400CABLEKIT2
2014 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 208/120 В 240/120 В 6000 ВА 240/120 В 50/60 Гц SU6000RT3U RS232 SU6000RT3UPM SU6000RT3U
Sanyo Denki A11H — SANUPS

Краткое содержание: РУКОВОДСТВО ПО ИБП RECTIFIER РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ SANYO 96v on line ups charger mccb DATASHEET ns 800 n Руководство по проектированию ИБП A11H Конструкция инверторного зарядного устройства SANYO Список заменяемых транзисторов
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF M0007864 Sanyo Denki A11H — SANUPS РУКОВОДСТВО ПО выпрямителю ups РУКОВОДСТВО ПО ОБСЛУЖИВАНИЮ SANYO Зарядное устройство 96v on line ups ТЕХНИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ на mccb ns 800 n Руководство по проектированию ИБП A11H Конструкция ИБП инверторное зарядное устройство Список заменяемых транзисторов SANYO
2003 — СМУ-HA102

Аннотация: imu01 SMU-HA152 FMC01 RFC1628 SAU502 SMU-HA302-R sanken ups smu d-sub 9pin IPC-20S
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF МПК-108-01 ИМУ-01 ISO9001 / 14001 K1-U18JD0-0312070SI SMU-HA102 imu01 SMU-HA152 FMC01 RFC1628 SAU502 SMU-HA302-R sanken ups smu d-sub 9pin IPC-20S
рабочий и структурная схема ИБП

Аннотация: схема подключения ИБП в доме Руководство по проектированию ИБП схема печатной платы инвертор ИБП для дома инвертор в доме схема подключения Схема подключения ИБП для дома ИБП принципиальная схема чистой синусоидальной волны дизайн ИБП 12 В постоянного тока инвертор 220 В
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 55 дБА рабочая и структурная схема ИБП схема подключения домов Руководство по проектированию ИБП схема инвертора ибп домашний инвертор домашняя электрическая схема схема подключения ИБП дома Принципиальная схема ИБП Чистая синусоида дизайн дома ИБП Инвертор 12vdc 220v
2014 — 3ква ибп сервис мануал

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF RS232 3000 ВА 100/120/127 В SMART3000RMOD2U RS232, L5-30P 5-15 / 20р L5-30R WEXT5-2200-3000 3ква ибп сервис мануал
2014 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 300 ВА ИНТЕРНЕТ-ОФИС300 5-15П 5-15р ИНТЕРНЕТ-ОФИС300 PDUB15
1998 — электрическая схема ИБП мощностью 4000 Вт

Аннотация: принципиальная схема ИБП 3000 Вт Схема ИБП 1000 Вт Схема ИБП GP1270F2 ИБП 1500 ВА, ИБП компьютера EN50091-1 LC-R127R2Ch2 электронная схема ИБП
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF СОИ-23131 Принципиальная схема ИБП мощностью 4000 Вт Принципиальная схема ИБП 3000 Вт Принципиальные схемы ИБП 1000 Вт Схемы ИБП GP1270F2 ИБП 1500 ва принципиальная схема ИБП компьютера EN50091-1 LC-R127R2Ch2 электронная схема ИБП
2014 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 100/110/120/127 В 1500 ВА 50/60 Гц SU1500RTXLCD2U RS232 5-15П 5-15р
2013 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF AVR900U 900 ВА 5-15П 5-15р AVR900U У222-004-Р
2013 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF ИНТЕРНЕТ-ОФИС300 300 ВА 5-15П 5-15р ИНТЕРНЕТ-ОФИС300
2013 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF SU1500XL 100/110/120 В 1500 ВА 110/120 В 50/60 Гц, RS232 5-15П 5-15р SU1500XL tele15R
2014 — Схема инвертора с чистой синусоидой мощностью 8 кВА

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 208/120 В 240/120 В 8000 ВА 240/120 В SU8000RT4U RS232 L6-30R, L6-20R, 5-15 / 20р Схема инвертора с чистой синусоидой мощностью 8 кВА
2013 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF SU6000RT4UTFHW 208/120 В 240/120 В 6000 ВА RS232 5-15р, 5-15 / 20р AS400
2013 — Нет в наличии

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF SU8000RT3UN50 00-240 В 8000 ВА 200/208/220/230/240 В 50/60 Гц RS232 CS8265 L6-30R L6-20R SU8000RT3UN50
2013 — НЕОБХОДИМЫЕ СВЕТОДИОДЫ код.SL0361S1-350

Аннотация: абстрактный текст недоступен
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF ИНТЕРНЕТ350SER 350ВА 5-15П 5-15р 99творк ОСНОВНЫЕ СВЕТОДИОДЫ код.SL0361S1-350
SC 708-4

Аннотация: SSS103 SAU502 1000 ва ИБП s-au33 SAU202 SCU501 SHU-152 SHU701 Dell PowerEdge 1300
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF ISO9001 03-3986-6150ФАКС 011-210-0855ФАКС 022-263-4168ФАКС 076-223-2010ФАКС 052-581-2767ФАКС 082-227-3031Факс 06-6312-8711ФАКС 092-411-5871ФАКС K1-U21A0-90BA SC 708-4 SSS103 SAU502 1000 ва ибп s-au33 SAU202 SCU501 ШУ-152 SHU701 Dell PowerEdge 1300
Принципиальная схема ИБП
поиск неисправностей

Резюме: принципиальная схема инвертора 8 кВА. Принципиальная схема инвертора мощности 800 Вт. Принципиальная схема ИБП главная ИБП принципиальная схема домашнего использования 2 кВА принципиальная схема инвертора от 12 кВА до 240 В перем. Тока полная синусоидальная работа инвертора и блок-схема ИБП 2 кВА принципиальная схема ИБП инвертор 5 кВА принципиальная схема
Текст: нет текста в файле


Оригинал
PDF 2 кВА / 800 Вт 4 кВА / 1600 Вт 6 кВА / 2400 Вт 5 кВА / 4000 Вт 6 кВА / 6000 Вт 8 кВА / 8000 Вт 220/230/240 В переменного тока 135Vac / 120 270Vac принципиальная схема поиска неисправностей Принципиальная схема инвертора 8кВА Принципиальная схема инвертора мощностью 800 Вт Принципиальная схема ИБП принципиальная схема дома ИБП Принципиальная схема инвертора 2 кВА для домашнего использования Инвертор от 12 В до 240 В переменного тока, полная синусоида рабочая и структурная схема ИБП Принципиальная схема ИБП 2кВА принципиальная схема инвертора 5кВА

частая причина сбоя

Продукты и приложения Драйвер MOSFET: частая причина сбоя

Автор / Редактор: Маркус Рем * / Jochen Schwab

Надежные источники питания — основное требование для снижения частоты отказов электроприборов. В этой статье объясняются типичные проблемы с блоком питания и как их избежать.

Связанные компании

Маркус Рем за работой: «Начните тестирование предполагаемого источника питания как можно раньше».

(Bild: IB Rehm)

Сегодня в переключающих транзисторах почти всегда используются полевые МОП-транзисторы.Они недороги и имеют небольшие потери на переключение и проводимость даже при высокой диэлектрической прочности. Кроме того, ими относительно легко управлять, и доступно множество интегральных схем драйверов. Однако вы должны быть осторожны, чтобы MOSFET и микросхема драйвера подходили друг к другу. Снова и снова я нахожу сбои поля, которые происходят из-за плохой конструкции переключающего транзистора и драйвера.

Галерея

Галерея с 6 изображениями

Что-то не так с выбором драйвера затвора MOSFET?

На рис. 2 показана типичная принципиальная схема с полевым МОП-транзистором M 1 и ИС драйвера затвора.Также показаны переключаемая индуктивность L1, резистор R3 для измерения тока и сеть между драйвером и затвором для оптимизации поведения при включении и выключении (R 1 , D 1 , R 2 ). Вы почти всегда выбираете драйвер, который стоит как можно дешевле и едва ли может обеспечить пиковый ток, необходимый для быстрой зарядки затвора.

Полевой транзистор A становится низким импедансом от 0,5 до 1,5 В на затворе, с полевым транзистором B он составляет от 1 до 4 В, а с полевым транзистором C — от 3 до 4.5 В. Затем ток используется для управления полевым транзистором. МОП-транзисторы с низким пороговым напряжением затвора часто считаются современными и хорошими. Энергия сохраняется — напряжение даже возводится в квадрат рассеиваемой мощности.

Рисунок 3: Выдержка из различных таблиц данных MOSFET.

(Bild: Markus Rehm)

Конечно, этого напряжения на затворе недостаточно для хорошего включения. Для достижения низкого сопротивления при включении (сопротивление истока во включенном состоянии, R DSon ) необходимо приложить значительно более высокое напряжение затвора, например.грамм. 10 В. Чтобы управлять полевым МОП-транзистором с высоким импедансом, то есть отключать его, напряжение затвора должно быть постоянно и значительно ниже порогового напряжения. Из принципиальной схемы видно, что драйвер тянет на «низкий». Но что значит «низкий»? Четкий ответ: «низкий» должен быть ноль вольт или, по крайней мере, почти ноль вольт.

Рисунок 4: Выдержка из различных листов данных микросхем драйвера затвора

(Bild: Markus Rehm)

Давайте рассмотрим подробнее.На рисунке 4 показан пример соответствующих выдержек из технических паспортов двух разных ИС драйвера затвора. С драйвером «низкий» означает 1,5 В в худшем случае — трудно поверить, но это правда! Это было бы подходящим для управления полевым транзистором C, но с двумя другими полевыми транзисторами A и B переключающий транзистор не блокируется должным образом в выключенном состоянии!

Как я уже сказал, это наихудший случай, который настолько редок, что, вероятно, не происходит во время разработки. Только после массового производства будут возникать эти неблагоприятные комбинации и приводить к «необъяснимым» сбоям, если вам очень повезло уже в финальном тесте, но чаще всего только с покупателем в его устройстве.

Драйвер B подойдет гораздо лучше, так как «низкий» означает макс. 35 мВ. Не говоря уже о том, что этот тип намного дороже. Вы сами решаете, оправдывают ли эти дополнительные расходы более высокую надежность. Многим производителям блоков питания приходится выкладываться до последнего цента и, конечно же, выбирать более дешевую версию! Ведь во время теста на выносливость ничего не сломалось.

Имеет ли драйвер затвора MOSFET какое-либо влияние в случае сбоев?

Помехи, возникающие в устройстве или поле, могут, например, привести к дополнительному заряду затвора через паразитную мощность мельницы (от стока к истоку).Это может вызвать нежелательное включение переключающего транзистора и вызвать взрыв. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы драйвер поддерживал действительно низкий импеданс ворот!

Поскольку некоторые спецификации сегодня «замалчиваются» по стратегическим причинам рынка или важные свойства представлены нечетко, можно также проверить устойчивость самостоятельно. Просто подайте ток прямо в затвор через резистор во время работы и измерьте напряжение затвора, когда оно достигнет критического порогового напряжения.Тогда вы знаете, какой ток паразитных помех может выдержать блок питания.

Рисунок 5: Эффективное улучшение достигается за счет сопротивления от затвора к источнику.

(Источник: Markus Rehm)

Эффективное улучшение достигается за счет сопротивления от ворот к источнику (R gs ), как показано на рисунке 5. Мой начальник вытащил бы меня раньше, если бы я забыл о таком сопротивлении. .

К сожалению, во многих случаях я вижу, что резистор затвор-исток отсутствует.Многие разработчики считают, что достаточно современной микросхемы драйвера. Конечно, даже без этого резистора блок питания работает на лабораторном столе и во время испытаний на выносливость. Кроме того, он не отображается в большинстве примечаний по применению. Неудачи случаются только тогда, когда они причиняют боль — клиенту на месте. Затем заказчика обвиняют в плохом обращении с блоками питания, были проведены обширные испытания на долговечность, и отказов не было вообще.

Следует также отметить, что этот резистор затвор-исток обычно очень прост в установке.Независимо от типа SMD или сквозного, между затвором и истоком всегда есть место для резистора 0603. Тогда возникает вопрос, какое сопротивление резистора должно быть? В общем: 47 кОм лучше, чем ничего, но должно быть 22 кОм или даже 10 кОм. Это, конечно, зависит от используемого драйвера и полевого МОП-транзистора, а также важную роль играет компоновка.

Многие думают, что толстая линия от затвора до драйвера является наиболее важной, потому что ток затвора большой и короткий.Но ток всегда течет по кругу, т.е. при выключении через массу драйвера дальше через шунт R3 и к источнику! Эта область должна быть небольшой, общая длина должна быть как можно короче и не должны использоваться переходные отверстия. Это хорошо для иммунитета и эмиссии.

Следует также отметить, что «современные» полевые МОП-транзисторы оптимизированы не только для низкого порогового напряжения затвора, но и для небольшой емкости затвор-исток. Оба уменьшают потери драйверов, но снижают иммунитет. Поэтому конденсатор C GS (прибл.1 нФ, не показан) может использоваться параллельно с R GS . Иногда вы также можете увидеть стабилитрон от затвора к источнику, например 15 В, чтобы избежать опасных перенапряжений.

Драйвер должен подавать необходимый ток через дополнительный R GS (и, возможно, C GS ), и это увеличивает потери мощности. В принципе, следующее относится ко всем частям схемы: либо с высоким импедансом и чувствительными к помехам, либо с низким импедансом и большими потерями.

Рисунок 6. Зеленая пунктирная рамка показывает выходной каскад ИС драйвера затвора как дополнительный выходной каскад.Красная стрелка символизирует пусковой ток в верхнем полевом транзисторе, синяя стрелка — ток отключения в нижнем полевом транзисторе.

(Bild: Markus Rehm)

Действительно ли драйвер MOSFET всегда включен или выключен?

На рисунке 6 показан выходной каскад драйвера затвора, который в основном состоит из двух транзисторов. Верхний транзистор (Top-FET Q 1 ) переводит выходной сигнал в высокий уровень, чтобы включить полевой транзистор M 1 , нижний транзистор (Bottom-FET Q 2 ) переводит в низкий уровень, чтобы выключить полевой транзистор M1.Конечно — в чем проблема?

В идеале должно быть только два состояния: «Q 1 включен и Q 2 выключен», затем FET M 1 включен, или «Q 1 выключен и Q 1 включен». а затем полевой транзистор M1 выключен. На самом деле это невозможно. Оба транзистора не должны проводить одновременно, иначе возникнет «горячая ветвь», то есть короткое замыкание между питающим напряжением V CC через Q 1 и Q 2 . Таким образом, всегда есть точки переключения, в которых выходной сигнал драйвера имеет высокий импеданс!

В технических описаниях драйверов это, к сожалению, в основном не указано должным образом.Подсказки даются по «времени задержки», «времени нарастания» и «времени спада». И тогда информация почти всегда при 25 ° C, но какая микросхема работает при этой температуре?

Рассмотрим пример с частотой переключения 100 кГц и временем переключения 100 нс каждое. Это привело бы к состоянию с высоким импедансом 200 нс в течение 10 мкс, что означает 2% периода! Опять же, только резистор от затвора к истоку помогает минимизировать риск того, что переключающий транзистор не включится случайно в неподходящее время из-за помех.

Если переключающий транзистор не один, а два, то тема вождения становится еще более критичной. И если переключающий транзистор находится в плавающем состоянии в полумосте, то есть не имеет фиксированного опорного сигнала на источнике, то правильное измерение с помощью беспотенциального пробника также затруднено.

Обнаруживаются ли ошибки разработки при испытании на долговечность?

Многие из моих клиентов считают, что они находят ошибки разработки в ходе интенсивных испытаний на долговечность в температурном шкафу с различными циклами нагрузки и профилями включения-выключения.К сожалению, это не случай.

Если во время испытания на выносливость происходит «необъяснимый» отказ, предполагается, что испытание было слишком сложным и что это не соответствует реальному случаю. Уже закончена разработка, наконец-то получены необходимые согласования и распечатаны буклеты. Никто не смеет поднять руку и заказать дальнейшее расследование, не говоря уже о переделке.

Кроме того, обычно такие отказы случаются только после нескольких лет работы в полевых условиях, из-за нарушений в окружающей среде, из-за старения компонентов или из-за допусков компонентов.

Наконец, интересный пример.

На большом производственном предприятии происходили сбои электропитания, очень редко, но последствия были очень дорогими, потому что тогда все стояло на месте, и потребовалось много времени, чтобы производство снова заработало нормально. Во время отказов переключающий транзистор был сломан, предохранитель был открыт, а также частично взорвалась ИС драйвера затвора или шунтирующий резистор, однажды также расплавилась проводящая дорожка.

Мой анализ показал, что настроенный блок питания оказался не так уж и плох (для нас, швабов, это значит хорошо).Честно говоря, я не обнаружил ошибки разработки, что очень редко, и я не мог воспроизвести ошибку. Однако я заметил, что вышеупомянутая «токовая петля прерывания» была немного длинной, площадь была большой и было даже два переходных отверстия. Возможно, именно здесь были зафиксированы помехи от производственного предприятия?

В отчаянии я пожаловался на это и порекомендовал установить резистор между затвором и источником. У меня не было хороших аргументов, но я исключил все остальное.Производитель блока питания был зол, потому что ему пришлось реализовать «совершенно ненужное изменение». Сначала припаял резистор SMD вручную, а затем немного изменил дизайн. Через несколько лет я узнал, что в последующие годы неудач больше не было.

Таким образом вы избегаете отказов переключающего транзистора и схемы драйвера:

  • Существуют разные пороговые значения напряжения микросхем драйвера и затворов MOSFET. Они должны соответствовать друг другу, прочитать подробности в таблицах данных и изучить мелкий шрифт!
  • На затворе всегда присутствуют времена с высоким импедансом, и это опасно, потому что помехи могут вызвать срабатывание переключающего транзистора.Поэтому всегда устанавливайте резистор от затвора к источнику очень близко (например, от 4,7 до 22 кОм).
  • Схема также важна: записывайте токовые петли для включения и выключения на принципиальной схеме и отслеживайте их на печатной плате, не растягивайте большие площади, избегайте переходных отверстий. Это позволяет избежать дополнительных импедансов в цепи управления и снижает восприимчивость к помехам.
  • Инструкции также применимы, если каскад драйвера настроен незаметно.

Наконец, важный совет: Многие драйверы затворов уже встроены в микросхемы контроллеров SMPS.Это значительно упрощает разработку импульсных источников питания. При выборе контроллера внимательно посмотрите на внутренний драйвер. Он требует много места для полупроводников и стоит денег. Поэтому там часто делают сбережения. Оставьте пальцы на руках дешевых микросхем, где драйвер недостаточно определен. Вложите немного больше в хороший привод для ворот и сэкономьте гораздо более высокие затраты, связанные с возвратом в поле. Кроме того, ночью вы можете спать намного лучше!

Эта статья была впервые опубликована на немецком языке компанией Elektronikpraxis.

* Проф. Маркус Рем преподает промышленную и силовую электронику в Университете прикладных наук Фуртвангена с 2008 года, где он был назначен почетным профессором в 2019 году. С 2012 года он прочитал более 30 лекций на национальных и международных конгрессах, а с 2017 года он провел однодневные семинары по надежным источникам питания от имени ELEKTRONIKPRAXIS, Vogel Communications Group.

(ID: 46234790)

Управление питанием 101: силовые полевые МОП-транзисторы

Компании начинают осознавать потенциал новых рынков и возможности получения доходов от переработки, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний для обслуживания», которая охватывает центр обработки данных и мобильную периферию.В частности, с сокращением ASP (средние цены продажи) и все более непомерно высокими затратами на проектирование на все более низких узлах многие компании ищут новые потоки доходов в широком диапазоне вертикалей, включая Интернет вещей (IoT).

Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность в настоящее время воспринимается как серьезная возможность, так и серьезная проблема для полупроводниковой промышленности.

Помимо услуг, концепция оборудования с открытым исходным кодом (OSH) и создание микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты по мере того, как компании сокращают расходы и сокращают время вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия всего потенциала кремния и услуг, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно исследовать будущее, в котором полупроводниковые компании, а также различные отрасли, организации и правительственные учреждения будут играть открытую и совместную роль в помогая устойчиво монетизировать как микросхемы, так и услуги.

В 2016 и 2017 годах продолжались быстрые приобретения и консолидация отрасли:

  • Компания Analog Devices приобрела Linear Technology
  • Infineon приобрела International Rectifier
  • Компания ROHM приобрела Powervation
  • .
  • Renesas приобрела Intersil

Крупные производители полупроводников позиционируют себя, чтобы лучше конкурировать в различных сферах, включая облачные вычисления, искусственный интеллект (ИИ) и беспилотные автомобили.Согласно KPMG, многие компании все чаще рассматривают слияния и поглощения (M&A) как единственный способ стимулировать рост реальной выручки, делая новый акцент на вопросе «производить или покупать», при этом многие выбирают ответ «покупать».

В то же время расходы на разработку микросхем продолжали расти и существенно влияли на количество разработок в усовершенствованных узлах. В частности, общее количество запусков SoC с расширенной производительностью многоядерных процессоров в первый раз практически не изменилось и выросло лишь незначительно за последние пять лет.Хотя цены на дизайн неуклонно растут с 40 нм, аналитиков больше всего беспокоит увеличение стоимости дизайна на 7 и 5 нм.

Рич Вавжиняк, старший аналитик Semico Research, подтверждает, что начало проектирования, превышающее 10 нм, будет сдерживаться ростом затрат на разработку. Хотя общее количество проектов, которые переносятся на новые узлы, может не сильно отличаться от предыдущих обновлений геометрии процесса, Вавжиняк говорит, что сроки для таких переходов большинством компаний будут более продолжительными.

Совершенно очевидно, что необходимы новые модели как для НИОКР, так и для доходов, поскольку усиление консолидации отрасли и ослабление АСП являются неустойчивыми в долгосрочной перспективе. Именно поэтому отрасль стремится к Интернету вещей, чтобы создать дополнительные потоки доходов, и аналитики McKinsey Global Institute (MGI) оценивают, что IoT может иметь ежегодный экономический эффект от 3,9 до 11,1 триллиона долларов к 2025 году по нескольким вертикалям. Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% в год до 2020 года, безопасность считается как серьезной возможностью, так и проблемой для полупроводниковых компаний.

Таким образом, MGI рекомендует создавать решения безопасности, которые позволяют компаниям, производящим полупроводники, расширяться в смежные области бизнеса и разрабатывать новые бизнес-модели. Например, компании могут помочь создать предложения по обеспечению сквозной безопасности, которые необходимы для успеха Интернета вещей. В идеале, по мнению MGI, отрасль должна играть ведущую роль при разработке таких предложений, чтобы гарантировать, что они получат свою справедливую долю в цепочке создания стоимости.

С нашей точки зрения, решения для сквозной безопасности Интернета вещей, развернутые как платформа как услуга (PaaS), имеют решающее значение для помощи полупроводниковым компаниям в получении возобновляемых доходов от реализации конкретных услуг.Для клиентов PaaS предлагает простой способ безопасной разработки, запуска и управления приложениями и устройствами без сложностей, связанных с построением и обслуживанием сложной инфраструктуры.

Такие решения безопасности, которые также могут использовать аппаратный корень доверия, должны поддерживать идентификацию устройства и взаимную аутентификацию (проверку), стандартные проверки аттестации, безопасные обновления устройств по беспроводной сети (OTA), аварийное восстановление и ключ управление, а также вывод из эксплуатации и переназначение ключей для лучшего управления устройствами и смягчения различных атак, включая распределенный отказ в обслуживании (DDoS).

Умные города

Недоступные микросхемы — такие как микросхемы, встроенные в инфраструктуру интеллектуального города Интернета вещей — могут предложить полупроводниковым компаниям возможность реализовать долгосрочную модель PaaS «кремний для обслуживания». Действительно, инфраструктура будущего умного города почти наверняка будет спроектирована с использованием микросхем в труднодоступных местах, включая подземные водопроводные трубы, воздуховоды для кондиционирования воздуха, а также под улицами и на парковках.

Интеллектуальное уличное освещение, гибкие вывески и Bluetooth-маяки нового поколения также требуют перспективных решений, чтобы избежать постоянного физического обслуживания и обновлений.Следовательно, микросхема, обеспечивающая питание инфраструктуры умного города, должна поддерживать безопасную конфигурацию функций в полевых условиях, а также различные услуги на основе PaaS, такие как расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное проактивное взаимодействие с клиентами.

Умные дома

Прогнозируется, что к 2020 году глобальный рынок умного дома достигнет стоимости не менее 40 миллиардов долларов. По данным Markets and Markets, рост пространства умного дома можно объяснить множеством факторов, в том числе значительными достижениями в секторе Интернета вещей; возрастающие требования к удобству, безопасности и защищенности потребителей; более выраженная потребность в энергосберегающих решениях с низким уровнем выбросов углерода.Однако, как мы уже обсуждали ранее, крайне важно обеспечить реализацию безопасности Интернета вещей на этапе проектирования продукта, чтобы предотвратить использование злоумышленниками устройств умного дома и прерывание обслуживания.

В дополнение к потенциально прибыльным возможностям кибербезопасности для полупроводниковых компаний, устройства умного дома обещают создать повторяющиеся потоки доходов для поддержки устойчивой модели «кремний для обслуживания». В качестве примера Кристопер Дин из MarketingInsider выделяет популярные устройства Echo от Amazon.Поскольку уже продано не менее 15 миллионов Echo, пользователи Echo, скорее всего, станут активными потребителями Amazon, используя устройство для отслеживания списков желаний и поиска товаров, которые им впоследствии предлагается купить. Между тем, Nest использует данные термостата в качестве платформы для предложения услуг по управлению энергопотреблением коммунальным компаниям в Соединенных Штатах, причем компании платят за значимую и действенную информацию о клиентах по подписке.

Автомобильная промышленность

По данным IC Insights, в период с 2016 по 2021 год продажи микросхем для автомобильных систем и Интернета вещей будут расти на 70% быстрее, чем общие доходы от IC.В частности, продажи интегральных схем для автомобилей и других транспортных средств, по прогнозам, вырастут с 22,9 млрд долларов в 2016 году до 42,9 млрд долларов в 2021 году, а доходы от функциональности Интернета вещей увеличатся с 18,4 млрд долларов в 2016 году до 34,2 млрд долларов в 2021 году.

Прогнозируемый рост продаж автомобильных микросхем неудивителен, поскольку современные автомобили, по сути, представляют собой сеть сетей, оснащенных рядом встроенных методов и возможностей связи. Однако это означает, что автомобили теперь более уязвимы для кибератак, чем когда-либо прежде.

Потенциальные уязвимости системы безопасности включают незащищенную связь между транспортными средствами, несанкционированный сбор информации о водителе или пассажирах, захват контроля над критически важными системами, такими как тормоза или акселераторы, перехват данных транспортного средства, вмешательство в работу сторонних ключей и изменение избыточного кода. обновления прошивки по воздуху (OTA). Что касается последнего, производители автомобилей сейчас сосредоточены на предоставлении безопасных обновлений OTA для различных систем, при этом глобальный рынок автомобильных обновлений OTA, по прогнозам, будет расти со среднегодовым темпом роста 18.2% с 2017 по 2022 год и достигнет 3,89 миллиарда долларов к 2022 году.

Производители автомобилей также работают над тем, чтобы в цепочке поставок транспортных средств не было украденных и контрафактных компонентов. Тем не менее, широкий спектр устройств с серого рынка все еще можно найти для питания дорогостоящих модулей, таких как бортовые информационно-развлекательные системы и фары, а также в критически важных системах безопасности, включая модули подушек безопасности, тормозные модули и органы управления трансмиссией. Таким образом, защита периферийных устройств и компонентов транспортных средств от несанкционированного доступа путем внедрения ряда многоуровневых аппаратных и программных решений безопасности стала приоритетной задачей для ряда производителей автомобилей.

Помимо внедрения многоуровневых решений безопасности, полупроводниковая промышленность явно выиграет от принятия подхода IoT «как услуга» к автомобильному сектору. Например, компании могут развернуть сенсорные автомобильные системы, которые заблаговременно обнаруживают потенциальные проблемы и неисправности. Это решение, которое в своей наиболее оптимальной конфигурации сочетало бы в себе микросхемы и услуги, могло бы быть продано как аппаратный и программный продукт или развернуто как услуга с ежемесячной или ежегодной абонентской платой.

Медицина и здравоохранение

Имплантированные медицинские устройства с длительным сроком службы, несомненно, потребуют от полупроводниковой промышленности высокой степени готовности к будущему, чтобы избежать частых физических обновлений и технического обслуживания. Срихари Яманур, специалист по дизайну в области исследований и разработок в Stellartech Research Corp., отмечает, что медицинские устройства в конечном итоге будут адаптированы для удовлетворения потребностей отдельных пациентов, что приведет к расширению применения точной медицины.

Кроме того, ожидается, что отрасль медицинского страхования будет использовать машинное обучение для оптимизации и снижения стоимости медицинского обслуживания, в то время как цифровые медицинские устройства также будут использоваться страховой отраслью для выявления пациентов из группы риска и оказания помощи.Поэтому медицинские устройства, особенно имплантируемые модели, должны быть спроектированы таким образом, чтобы поддерживать «модель перехода от кремния к услугам» через конфигурацию функций в полевых условиях и безопасные обновления OTA, а также услуги на основе PaaS, включая сбор и анализ соответствующих данных; проактивное обслуживание, продвинутые алгоритмы; и интуитивно понятный интерфейс как для пациентов, так и для врачей.

Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом и дезагрегированные чиплеты

Наряду с услугами, оборудование с открытым исходным кодом, предлагаемое такими организациями и компаниями, как RISC-V и SiFive, начало положительно влиять на индустрию полупроводников, поощряя инновации, сокращая затраты на разработку и ускоряя время вывода продукта на рынок.

Успех программного обеспечения с открытым исходным кодом — в отличие от закрытого, огороженного сада — продолжает создавать важный прецедент для полупроводниковой промышленности. Столкнувшись с непомерно высокими затратами на разработку, ряд компаний предпочитают избегать ненужных сборщиков дорожных сборов, уделяя больше внимания архитектуре с открытым исходным кодом, поскольку они работают над созданием новых потоков доходов, ориентированных на услуги.

Помимо аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом, концепция построения кремния из предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку полупроводниковая промышленность движется к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.По словам Энн Стефора Мутчлер из Semiconductor Engineering, концепция чиплета некоторое время находилась в стадии разработки, хотя исторически она воспринималась как потенциальное направление будущего, а не реальное решение в тени убывающего закона Мура. Это восприятие начинает меняться по мере увеличения сложности конструкции, особенно в усовершенствованных узлах (10/7 нм), а также по мере объединения новых рынков, требующих частично настраиваемых решений.

Концепция предварительно проверенных чиплетов вызвала интерес U.Агентство перспективных исследовательских проектов S. Defense (DARPA), которое недавно развернуло свою программу Общей гетерогенной интеграции и стратегий повторного использования IP (CHIPS). В сотрудничестве с полупроводниковой промышленностью для успешной реализации CHIPS будет виден ряд IP-блоков, подсистем и микросхем, объединенных на переходнике в корпусе, подобном 2.5D.

Инициатива CHIPS заняла центральное место в августе 2017 года, когда участники из военного, коммерческого и академического секторов собрались в штаб-квартире DARPA на официальном стартовом совещании по программе Агентства по стратегии общей гетерогенной интеграции и повторного использования интеллектуальной собственности (ИС).

Как сообщил на конференции д-р Дэниел Грин из DARPA, программа направлена ​​на разработку новой технологической структуры, в которой различные функции и блоки интеллектуальной собственности, в том числе хранение данных, вычисления, обработка сигналов, а также управление формой и потоком данных — можно разделить на небольшие чиплеты. Затем их можно смешивать, сопоставлять и комбинировать на промежуточном элементе, что-то вроде соединения частей головоломки. Фактически, говорит Грин, вся обычная печатная плата с множеством различных, но полноразмерных микросхем в конечном итоге может быть уменьшена до гораздо меньшего промежуточного устройства, содержащего кучу гораздо меньших микросхем.

Согласно DARPA, конкретные технологии, которые могут возникнуть в результате инициативы CHIPS, включают компактную замену целых печатных плат, сверхширокополосные радиочастотные (РЧ) системы и системы быстрого обучения для извлечения интересной и действенной информации из гораздо больших объемов обычных данных. .

Возможно, неудивительно, что полупроводниковая промышленность уже рассматривает дезагрегированный подход в виде микросхем SerDes и специализированных маломощных интерфейсов «кристалл-кристалл» для конкретных приложений.Безусловно, жизнеспособное разделение кремниевых компонентов может быть достигнуто путем перемещения высокоскоростных интерфейсов, таких как SerDes, на отдельные кристаллы в виде микросхем SerDes, смещения IP аналогового датчика на отдельные аналоговые микросхемы и реализации перехода кристалла к кристаллу с очень низким энергопотреблением и малой задержкой. die интерфейсы через MCM или через переходник с использованием технологии 2.5D.

Помимо использования заведомо исправной матрицы для SerDes в более зрелых узлах (N-1) или наоборот, ожидается, что дезагрегация упростит создание нескольких SKU при оптимизации затрат и снижении риска.Точнее, при дезагрегировании SoC будут разбиты на более высокопроизводительные и меньшие матрицы, что позволит компаниям создавать определенные конструкции с несколькими вариантами. Действительно, интерфейсы «от кристалла к кристаллу» могут более легко адаптироваться к различным приложениям, связанным с памятью, логикой и аналоговыми технологиями. Кроме того, для интерфейсов «от кристалла к кристаллу» не требуется согласованной скорости линии / передачи и количества полос, в то время как FEC может потребоваться, а может и не потребоваться в зависимости от требований к задержке.

Следует отметить, что несколько компаний активно занимаются агрегацией SoC / ASIC для коммутаторов и других систем.Точно так же полупроводниковая промышленность разрабатывает ASIC с интерфейсами «кристалл-кристалл» на ведущих узлах FinFET, в то время как по крайней мере один серверный чип следующего поколения разрабатывается с дезагрегированным вводом-выводом на отдельном кристалле.

Заключение

За последние пять лет полупроводниковая промышленность столкнулась с множеством сложных проблем. К ним относятся увеличенные затраты на разработку, размытие ASP, насыщение рынка и повышенная, но неустойчивая деятельность по слияниям и поглощениям. В течение 2018 года полупроводниковая промышленность продолжает стремиться к возвращению к стабильности и органическому росту в рамках параметров новой бизнес-парадигмы, одновременно жизнеспособной и основанной на сотрудничестве.В этом контексте компании, производящие полупроводники, осознают потенциал новых рынков и возможности получения дохода в дальнейшем, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний для обслуживания», которая охватывает центр обработки данных и мобильную периферию.

Сюда входят решения для сквозной безопасности IoT и услуги на основе PaaS, такие как конфигурация функций на месте, расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное упреждающее взаимодействие с клиентами. Помимо услуг, концепция аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом и построения микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку компании переходят к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия полного потенциала полупроводников, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно изучить будущее, в котором отрасль, наряду с различными исследовательскими организациями и правительственными учреждениями, будет играть открытую и совместную роль, помогая устойчивой монетизации и кремний, и сервисы.

Для получения дополнительной информации по этой теме посетите сайт Rambus.

Шрикант Лохокаре, доктор философии, является вице-президентом и исполнительным директором Global Semiconductor Alliance в Северной Америке.

Что такое полевой транзистор? Основы, конструкция, символы, характеристики и типы полевых транзисторов

Что такое полевой транзистор? Полевой транзистор — это компонент электроники, который используется во многих электронных схемах и устройствах. FET — это трехконтактное трехслойное устройство, используемое для целей переключения, как транзистор BJT. FET означает полевой транзистор. Изучите основы полевого транзистора в этой статье.

  • Как рассчитать кВА трансформатора: Калькулятор кВА трансформатора
  • Классификация трансформаторов тока на основе четырех параметров

В чем разница между биполярными транзисторами и полевыми транзисторами (FET)?

  1. Основное различие между транзистором BJT и транзистором FET — это управляющий параметр.BJT — это устройство, управляемое током, а FET — устройство, управляемое напряжением.
  2. BJT — это биполярное устройство, в котором полевой транзистор является униполярным устройством. Биполярный означает, что ток в BJT течет из-за электронов и дырок. Если униполярный означает, что полевой транзистор является током, это связано либо с электронами, либо с дырками.

Основы полевых транзисторов

Мы знакомы с концепцией, согласно которой статический заряд создает вокруг себя электрическое поле. Электрическое поле может притягивать другие заряды. То же явление может происходить внутри полупроводника.Электрическое поле внутри полупроводникового канала может притягивать заряды и управлять траекторией проводимости внутри канала.

Конструкция полевого транзистора

Конструкция полевого транзистора с каналом n-типа имеет три вывода и два перехода. Основная часть структуры состоит из материала n-типа для n-канального JFET. Два материала P-типа нанесены на обе стороны n-канала, которые образуют два PN-перехода. Когда осаждение производится, площадь n-канала для проводимости уменьшается. Обе стороны n-канала подключены к электродам.Один вывод — сток, а другой вывод — исток. Где оба материала P-типа подключены к клемме затвора. Клемма затвора — это управляющая клемма истока для отвода тока. Схема конструкции полевого транзистора

Как работает полевой транзистор?

  • Тестирование транзисторов в цепях с помощью мультиметров, омметра и измерителя кривой
  • Что такое полевой транзистор? Основы полевого транзистора, конструкция, символы, характеристики, кривые и типы

Давайте обсудим работу полевого транзистора для различных случаев входа затвора и истока-стока.Рассмотрим следующие случаи.

  1. Нет входа затвора
  2. Отрицательное напряжение на затворе

Нет входа затвора V

GS = 0

Для n-канального JFET предположим, что приложено положительное напряжение сток-исток V DS . А на входе затвор-исток напряжение V GS равно нулю вольт. PN-переход между затвором и n-каналом имеет обратное смещение и образует обедненную область вокруг перехода. Для напряжения сток-исток V DS ток стока I D будет ограничиваться только омическим сопротивлением n-канала.

Схема смещения и работы полевого транзистора

При увеличении напряжения стока до истока V DS от нулевого напряжения ток стока I D будет увеличиваться. Ток на этом этапе можно определить по закону Ома. Из-за увеличения обратного напряжения область обеднения станет шире. В какой-то момент при нескольких напряжениях V DS область обеднения станет настолько шире, что ток будет увеличиваться для увеличения напряжения. Это значение V DS называется напряжением отсечки V P .Дальнейшее увеличение V DS не приведет к увеличению тока I D . Этот максимальный ток I D называется I DSS .

Входное отрицательное напряжение затвора V

GS <0

Путем приложения отрицательного входного напряжения затвора затвора к напряжению истока V GS получаются разные кривые. Для разных V GS можно получить аналогичные характеристики JFET, но с меньшим током стока. Это означает, что для большего количества VGS напряжение отсечки будет достигаться быстрее, а IDSS будет ниже.Величина VGS, которая приводит к нулевому току стока, называется напряжением отсечки и обозначается VGS (выключено). Область слева от кривой напряжения отсечки является линейной областью для усиления.

VI Характеристические кривые полевого транзистора

Переменный резистор, управляемый напряжением

Область слева от напряжения отсечки и кривой годографа называется омической областью или резистором, управляемым напряжением. В этой области JFET может работать как переменный резистор с регулируемым напряжением.

  • Аналоговая и цифровая электроника для инженеров pdf Книга
  • Справочник по силовой электронике Мухаммада Х.Рашид

Символы полевого транзистора

Символ полевого транзистора имеет три вывода: затвор, сток и исток. Ворота выделены стрелкой. Где стрелка указывает условный ток, если PN-переход имеет прямое смещение.

n-Channel FET Symbol

Типы полевых транзисторов

FET можно разделить на категории по-разному. Все типы полевых транзисторов представлены на следующей древовидной диаграмме полевых транзисторов.

Полевые транзисторы в основном подразделяются на полевые транзисторы с переходом и с изолированным затвором.

Типы полевых транзисторов

JFET-транзистор

JFET-транзистор — это полевой транзистор, который имеет соединение между затвором и каналом.Ток стока регулируется обратным смещением перехода. JFET можно разделить на n-канальные и p-канальные устройства.

Полевые транзисторы с изолированным затвором IGFET или металлооксидно-кремниевые полевые транзисторы

Полевые транзисторы с изолированным затвором — это широкая категория, в которой металлооксидно-кремниевые полевые транзисторы являются наиболее известными полевыми транзисторами с изолированным затвором, доступными на рынке. MOSFET имеет оксид металла над кремниевой подложкой для создания полевого транзистора в целях изоляции. Самая заметная особенность полевого МОП-транзистора — высокий входной импеданс.

МОП-транзистор с двойным затвором

МОП-транзистор с двойным затвором

использует два затвора вдоль канала для улучшения характеристик РЧ-сигналов. Вторые ворота обеспечивают большую изоляцию. МОП-транзистор с двойным затвором может использоваться для смешивания и умножения.

Мета-кремниевый полевой транзистор MESFET

Мета-кремниевый полевой транзистор MESFET изготавливается с использованием арсенида галлия и используется для ВЧ-приложений. Он может обеспечить высокое усиление и низкий уровень шума. MESFET имеет очень маленькую структуру затвора, поэтому при передаче MESFET очень рискованно.

HEMT / PHEMT

HEMT / PHEMT — это транзисторы с высокой подвижностью электронов или педоморфные транзисторы с высокой подвижностью электронов — это модификации JFET для высокочастотных и высокопроизводительных приложений.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *