Конструкция МОП-транзистора и особенности характеристик.

В лабораторной работе используется MOS-N-FET транзистор типа
IRF 520, специально разработанный для работы в ключевом сильноточном режиме. Его электрические параметры:

U_{СИ MAX} = 100 В, I_{СТ MAX} = 6 A, R_{СИ ВКЛ} = 0, 27 Ом, b = 0, 45 ¸ 0, 8 A/B².

Такие характеристики транзистора получены благодаря особенностям его конструкции. На рис. 4.1, а представлена одна из ячеек прибора. Транзистор имеет несколько сотен таких ячеек. Каждая ячейка имеет сильнолегированные n+ - стоковую и истоковую области, что понижает сопротивление транзистора во включенном состоянии (R_{СИ ВКЛ}).

Обеспечен хороший теплоотвод от стока на медный корпус прибора.

 

Рис. 4.1. а – конструкция МОП-транзистора; б – семейство выходных характеристик

Транзистор обладает повышенной удельной крутизной (b) благодаря малой толщине подзатворного диэлектрика и очень большому отношению (w/L > 1000) – ширины канала (w) к его длине (L). В обычной конструкции малая толщина подзатворного диэлектрика ведет к уменьшению напряжения пробоя U_СИ. В данной конструкции для повышения напряжения пробоя используется эффект расширения слоя ОПЗ между p- и n- областями (вплоть до их смыкания) при увеличении напряжения на стоке транзистора. Слой ОПЗ является изолятором и защищает от пробоя подзатворный диэлектрик. Кроме того, это изменяет (в лучшую сторону) выходные характеристики транзистора
(см. рис. 4.1, б). Действительно, расширяющийся слой ОПЗ не дает проникать электрическому полю стока в подзатворный диэлектрик и увеличивать ток стока. Этому же способствует очень большое отношение w/L. В результате – в области малых напряжений (U_СИ вплоть до 0, 1В) выходные характеристики транзистора становятся весьма пологими (R_СИ достигает 10 ⁵ Ом), а линия R_{СИ ВКЛ} – достаточно крутой. Это очень полезно, поскольку на открытом (включенном) транзисторе падает весьма малое напряжение даже при токах 10–100 мА. (В обычном маломощном МОП - приборе характеристики I_С=f(U_СИ) при малых напряжениях расходятся веером, что уже при указанных токах создает значительное падение напряжения на включенном транзисторе). Транзистор защищен от перенапряжений диодом Шоттки. Последний выполнен в виде контакта n-сток - p+ - исток.

Дополнительно, для данного типа прибора на рис. 4.2. а, б представлены зависимости C_ЗС = f (U_СИ) и I_С = f (U_ЗИ). Эти характеристики полезно использовать при проведении оценочных расчетов длительности переходных процессов в ключе.

 

Рис. 4.2. а – зависимость СЗС от UСИ; б – зависимость IС от UЗИ

Работа ключа.

Первое приближение – считаем транзистор безинерционным, т.е. t_S, С_ЗС, С_ЗИ, С_СИ = 0. Будем считать, что в начальной стадии транзистор VT закрыт (см. схему на рис. 4.3, а), и на выходе наблюдается высокое напряжение U_ВЫХ = E_ПИТ. Схема замещения ключа представлена на
рис. 4.3, б.

Рис. 4.3. а – cхема ключа на МОП-транзисторе; б – его полная схема замещения

При поступлении на затвор транзистора положительного прямоугольного импульса напряжения амплитудой несколько большей, чем напряжение отсечки (U_ОТС), транзистор открывается, однако индуктивность нагрузки (L) препятствует нарастанию тока. Формируется передний фронт выходного напряжения – фронт спада (t^1-0). Для безинерционного транзистора фронт спада очень крутой. Транзистор включается, но ток стока (I_С) равен нулю!

За время нахождения транзистора во включенном состоянии U_ВЫХ @ 0, ток индуктивности (L) = ток стока транзистора (I_С) будет нарастать с постоянной времени t @ L / R_Н, и к окончанию действия запускающего импульса достигнет определенной величины.

При быстром закрывании транзистора ток индуктивности не может мгновенно стать равным нулю. В результате, благодаря самоиндукции на стоке транзистора возникает перенапряжение. При этом формируется положительный перепад напряжения на выходе схемы – фронт (t^0-1). Перенапряжение на стоке может закончиться пробоем транзистора. Для исключения такого эффекта в схему введен охранный диод VD – при возникновении перенапряжения он открывается и отводит ток индуктивности от стока транзистора, замыкая его на шину питания. Транзистор закрылся, но индуктивность L продолжает расходовать накопленную ранее энергию: - в цепи L – VD протекает ток - идет стадия “восстановления”.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. С учетом условия развития, особенности инфицирования и состояния иммунитета
2. VII. Особенности метаболизма почечной ткани. Ферменты почек
3. Акционерные общества, их виды и особенности.
4. АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
5. Анатомо-физиологические особенности женской репродуктивной системы.
6. Анатомо-физиологические особенности и иммунная реактивность молодняка
7. Анатомо-физиологические особенности и классификация
8. Анатомо-физиологические особенности кроветворения, классификация, основные синдромы.
9. Анатомо-физиологические особенности органов дыхания у детей
10. Анатомо-физиологические особенности полости рта, глотки, пищевода, желудка, кишечника
11. Анатомо-физиологические особенности формирования потребностей
12. Анатомо-физиологические особенности, основные синдромы и классификация