Подбор полевого транзистора по параметрам: Страница не найдена | RCmarket.ua

Содержание

Справочник мощных импортных полевых транзисторов.

Особенностью справочника является то, что импортные полевые транзисторы взяты из прайсов интернет-магазинов.


Справочник предназначен для подбора полевых транзисторов по электрическим параметрам, для выбора замены (аналога) транзистору с известными характеристиками. За основу спраочника взяты отечественные транзисторы, расположенные в порядке возрастания напряжения и тока. Импортные MOSFET транзисторы в справочник взяты из прайс-листов магазинов. Импортные и отечественные транзисторы, расположенные в одной колонке, имеют близкие параметры, хотя и не обязательно являются полными аналогами.
MOSFET транзисторы обладают следующими достоинствами: малая энергия, которую нужно затратить для открывания транзистора. Этот параметр хоть и растет с увеличением частоты, но все равно остается гораздо меньшей, чем у биполярных транзисторов.
У MOSFET транзисторов не времени обратного восстановления , как у биполярных и «хвоста», как у IGBT транзисторов, в связи с чем могут работать в силовых схемах на более высоких частотах. Кроме того, у MOSFET нет вторичного пробоя, и поэтому они более стойки к выбросам самоиндукции.








Отечеств. Корпус PDF Тип Imax, A Импортн. Корпус
Ограничения по длительному току, накладываемые корпусом:
ТО220 не более 75А, ТО247 не более 195А. В реальных
условиях отвода тепла эти цифры в несколько раз меньше.
Полевые транзисторы на напряжение до 40В:
КП364 ТО-92 n 0. 02     кп364 — полевой транзистор 40В 0.1А, характеристики
КП302 ТО-92 n 0.04      транзистор кп302 на 40В 0.1А
2П914А ТО-39 n 0.1(0.2) BSS138
2SK583
sot23
TO-92
полевой транзистор 2п924 на 40В 0.1А
КП601 ТО-39 n 0.4   полевой транзистор кп601 на 40В 0.15А

КП507
ТО-92 p 0.6
1.1
TP2104
 
TO-92, sot23
sot23
полевой транзистор кп507на 40В 0.3А
      n 1.6 BSP295
sot223 импортный полевой smd транзистор BSP295
      n 2 RTR020N05 sot23 полевой транзистор для поверхностного монтажа на 40В 2А с защитным стабилитроном в затворе
      n 4 NTR4170 sot23
      n 5 PMV60EN sot23
      n 6 BSP100 sot223
КП921А TO-220 n 10     мощный полевой транзистор КП921 на 40В 10А для применения в быстродействующих переключающих устройствах
КП954Г TO-220 n 20(18) FDD8424 TO-252 мощный полевой транзистор КП954 на 40В 20А для источников питания
      n 34 BUZ11 TO-220 импортный MOSFET транзистор BUZ11 на 40В 34А
2П7160А TO-258 n 46(42) IRFR4104 TO-252 характеристики мощного MOSFET IRF4104
n 100 IRF1104 TO-220 MOSFET транзистор IRF1104 на 40В 100А
n 162 IRF1404 TO-220 MOSFET транзистор IRF1404 на 40В 162А. Подробные характеристики см. в datasheet
n 210 IRF2204 TO-220 импортный полевой транзистор IRF2204 на 40В 210А
n 280 IRF2804 TO-220 импортный полевой транзистор IRF2804 на 40В 280А
n 350 IRFP4004 TO-247 мощный полевой транзистор с изолированным затвором IRFP4004 с током до 195А
MOSFET транзисторы на напряжение до 60-75В:
      n 0.2
0.5
2N7000
BS170
TO-92, sot23 smd маломощный полевой транзистор BS170 на 60В 0.2А для поверхностного монтажа
КП804А ТО-39 n 1    
КП505 А-Г
 
ТО-92 n 1. 4
2.7

IRFL014

sot223
импортный полевой транзистор irfl014 на 60В 0.1А для поверхностного монтажа
КП961Г ТО-126 n 5     транзистор КП961Г на 60В 0.5А
КП965Г ТО-126 n 5  
 
транзистор КП965Г на 60В 0.5А
КП801 (А,Б) ТО-3 n 5      
КП739 (А-В) ТО-220 n 10 IRF520 ТО-220 импортный полевой транзистор IRF520, характеристики
КП740 (А-В) ТО-220 n 17 STP16NF06 TO-220 на 60В 15А
КП7174А ТО-220 n 18      
КП784А ТО-220 p 18    
КП954 В,Д ТО-220 n 20 STP20NF06 TO-220 мощный полевой транзистор КП954 на 60В 20А
2П912А ТО-3 n 25     полевой транзистор 2П912А на 60В и ток 25А
КП727(А,Б)
ТО-220
 

 
n
p
30
31
STP36NF06
IRF5305
ТО-220 мощный полевой транзистор КП727А на 60В 30А
КП741 (А,Б) ТО-220
n
50 IRFZ44 TO-220 мощный полевой транзистор irfz44 на 60В и ток 50А. Подробные характеристики см. в datasheet.
КП723(А-В) ТО-220 n 50 STP55NF06 TO-220 отечественный мощный полевой транзистор КП723 на 60В и ток до 50А
КП812(А1-В1) ТО-220 n 50     отечественный MOSFET транзистор КП812 на 60В и ток до 50А
2П7102Д ТО-220
n
50     MOSFET транзистор 2П7102 на 60В и ток до 50А
КП775(А-В) ТО-220 n 50(60) STP60NF06 TO-220 полевой транзистор КП775 на напряжение до 60В и ток до 50А
КП742(А,Б) ТО-218 n
n
n
p
80
80
82
74
SPB80N08
IRF1010
IRF2807
IRF4905
TO-220, D2PAK
ТО-220
ТО-220
ТО-220
полевой транзисторы irf1010, irf2807, irf4905 на 60В и ток до 80А
n 140
169
IRF3808
IRF1405
ТО-220
ТО-220
MOSFET транзистор irf3808 на 60В и ток до 140А
      n 210 IRFB3077 ТО-220 полевой транзистор irfb3077 на 75В и ток 210А
      n 350 IRFP4368 ТО-247 мощный полевой транзистор irfp4368 на напряжение 75В  ток до 195А
MOSFET на напряжение до 100-150В:
КП961В ТО-126 n 5      
КП965В ТО-126 p 5(6. 8) IRF9520 ТО-220 p-канальный импортный полевой транзистор IRF9520 на напряжение до 100В, ток до7А
КП743 (А1-В1) ТО-126 n 5.6  
КП743 (А-В) ТО-220 n 5.6 IRF510 ТО-220 mosfet транзистор IRF510 на напряжение до 100В, ток до 6А.
КП801В ТО-3 n 8 IRFR120 DPAK  
КП744 (А-Г) ТО-220 n 9.2 IRF520 TO-220 импортный полевой транзистор IRF520 на напряжение до 100В и ток до 9А
КП922 (А,Б) ТО-3 n 10 BUZ72 TO-220 mosfet транзистор BUZ72 с током до 10А
КП745 (А-В) ТО-220 n 14 IRF530 ТО-220 транзистор IRF530 на напряжение до 100В и ток до 14А
КП785А ТО-220 p 19 IRF9540 ТО-220 импортный p-канальный полевой транзистор IRF9540 на ток до 19А
2П7144А ТО-220 p 19     мощный p-канальный полевой транзистор 2П7144 на 100В и ток до 19А
КП954Б ТО-220 n 20 IRFB4212 TO-220 параметры мощного MOSFET транзистора IRFB4212
2П912А ТО-3 n 20     мощный n-канальный полевой транзистор 2П912 на напряжение 100В и ток до 20А
КП746(А-Г) ТО-220 n 28 IRF3315 ТО-220 импортный полевой транзистор IRF3315 на ток до 28А
2П797Г ТО-220 n 28 IRF540 ТО-220 импортный полевой транзистор IRF540 на ток до 28А
КП769(А-Г) ТО-220 n 28     мощный полевой транзистор КП769 на напряжение до 100В и ток до 28А

КП150

ТО-218

n 33
34
38
IRF540NS
BUZ22
 
TO-220, D2PAK
TO-220
 
мощный полевой транзистор irf540 на 100В и ток 34А
КП7128А,Б ТО-220 p 40 IRF5210 ТО-220 mosfet транзистор irf5210 на 100В и ток до 40А
КП771(А-Г)

 

ТО-220

 

 

n 40
42
47

IRF1310
PHB45NQ10

ТО-220
TO-247, D2PAK
отечественный полевой транзистор КП771 на 100В 40А и его импортный аналог irf1310
      n 57 STB40NF10
IRF3710
smd
ТО-220
мощный полевой транзистор irf3710 на 100В 57А
      n 72 IRFP4710 ТО-247 mosfet транзистор irf4710 на 100В и ток до 72А
      n 171 IRFP4568 ТО-247 полевой тразистор irf4568 на 150В 171А
      n 290 IRFP4468 ТО-247 мощный полевой транзистор irf4468 на 100В 195А
Полевые транзисторы на напряжение до 200В:
КП402А ТО-92 p 0. 15 BSS92 TO-92  
КП508А ТО-92 p 0.15      
КП501А ТО-92 n 0.18 BS107 TO-92  
КП960В ТО-126 p 0.2      
КП959В ТО-126 n 0.2      
КП504В ТО-92 n 0.2 BS108 ТО-92  
КП403А ТО-92 n 0.3      
КП932А ТО-220 n 0.3      
КП748 (А-В) ТО-220 n 3. 3 IRF610 ТО-220 mosfet транзистор IRF610 с напряжением до 200В и на ток до 3А
КП796В ТО-220 p 4.1 BUZ173 TO-220  
КП961А ТО-126 n 5 IRF620 TO-220 полевой транзистор IRF620 на 200В 5А
КП965А ТО-126 p 5      
КП749 (А-Г) ТО-220 n 5.2      
КП737 (А-В) ТО-220 n 9 IRF630 ТО-220 mosfet транзистор irf630 на ток до 9А и напряжение до 200В
КП704 (А,Б) ТО-220 n 10 mosfet на 200В 10А
КП750 (А-В) ТО-220 n 18 IRF640
IRFB17N20
TO-220 mosfet транзистор IRF640 (200В 18А)
КП767 (А-В) ТО-220 n 18      
КП813А1,Б1 ТО-220 n 22 BUZ30A
IRFP264
TO-220
TO-247
мощный полевой транзистор irf264 на 200В 20А
КП250 ТО-218 n 30(25) IRFB4620 TO-220  
2П7145А,Б КТ-9 n 30 IRFB31N20 TO-220 мощный полевой транзистор 2П7145 (200В 30А)
КП7177 А,Б ТО-218 n 50(62) IRFS4227 D2PAK характеристики MOSFET транзистора на 200В 50А
      n 130 IRFP4668 TO-247 мощный импортный полевой транзистор irfp4668 на 200В 130А
Полевые транзисторы на напряжение до 300В:
КП960А ТО-126 p 0. 2    
КП959А ТО-126 n 0.2  
КП796Б ТО-220 p 3.7  
2П917А ТО-3 n 5    
КП768 ТО-220 n 10    
КП934Б ТО-3 n 10    
КП7178А ТО-218
ТО-3
n 40    
Полевые транзисторы до 400В:
КП502А ТО-92 n 0.12    
КП511А,Б ТО-92 n 0. 14      
КП733А ТО-220 n 1.5      
КП731 (А-В) ТО-220 n 2 IRF710 ТО-220 mosfet транзистор IRF710
КП751 (А-В) ТО-220 n 3.3 BUZ76
IRF720
ТО-220
TO-220
mosfet транзистор IRF720, характеристики
КП931 В ТО-220 n 5 IRF734 ТО-220 mosfet транзистор IRF734
КП768 ТО-220 n 5.5 IRF730 ТО-220 mosfet транзистор IRF730
КП707А1 ТО-220 n 6      
КП809Б ТО-218
ТО-3
n 9. 6      
КП934А ТО-3 n 10 IRF740 ТО-220 mosfet транзистор IRF740
КП350 ТО-218 n 14 BUZ61 TO-220 mosfet транзистор BUZ61
2П926 А,Б ТО-3 n 16.5      
n 18.4 STW18NB40 TO-247 импортный полевой транзистор на 400В 18А
КП707А ТО-3 n 25 IRFP360 TO-247 mosfet на 400В 25А
Полевые транзисторы на напряжение до 500В:
КП780 (А-В) ТО-220 n 2. 5 IRF820 ТО-220 mosfet транзистор IRF820
КП770 ТО-220 n 8 IRF840 TO-220 mosfet транзистор IRF840
КП809Б,Б1 ТО-218
ТО-3
n 9.6 2SK1162 ТО-3Р mosfet транзистор 2SK1162
КП450 ТО-218 n 12 IRFP450 TO-247 мощный полевой транзистор 500В 14А
КП7182А ТО-218 n 20 IRFP460 ТО-247  
КП460 ТО-218 n 20(23) IRFP22N50 TO-247 мощный полевой транзистор IRF22N50 на 500В 20А
КП7180А,Б ТО-218
ТО-3
n 26(31) IRFP31N50
STW30NM50
TO-247
TO-247,TO-220
мощный полевой транзистор 500В 31А
n 32 SPW32N50 TO-247 мощный полевой транзистор на 500В 32А
n 46 STW45NM50
IRFPS40N50
TO-247
S-247
мощный полевой транзистор на 500В 46А
Полевые транзисторы на напряжение до 600В:
Раздел: высоковольтные полевые транзисторы.
КП7129А ТО-220 n 1.2 SPP02N60 TO-220 высоковольтный полевой транзистор SPP02N60 на 600В
КП805 (А-В) ТО-220 n 4(3) SPP03N60 TO-220 высоковольтный MOSFET транзистор SPP03N60, характеристики
КП709(А,Б) ТО-220 n 4 IRFBC30 ТО-220 высоковольтный MOSFET транзистор IRFBC30, характеристики
КП707Б1 ТО-220 n 4 SPP04N60 ТО-220 мощный высоковольтный полевой транзистор SPP04N60 на 600В
КП7173А ТО-220 n 4      
КП726 (А,Б) smd
ТО-220
n 4. 5      
КП931Б
 
ТО-220
 

 
n 5(6.2)
7
IRFBC40
SPP07N60
TO-220
TO-220
MOSFET транзистор 600В 5А
КП809В ТО-218
ТО-3
n 9.6 IRFB9N65A TO-220 мощный высоковольтный полевой транзистор IRFB9N65 на 600В
2П942В ТО-3 n 10 SPP11N60 ТО-220 MOSFET транзистор 600В 10А
КП953Г ТО-218 n 15      
КП707Б ТО-3 n 16.5 SPP20N60
SPW20N60
ТО-220
TO-247
MOSFET транзистор 600В 15А
n 30 STW26NM60 TO-247 полевой транзистор 600В 30А
КП973Б ТО-218 n 30 IRFP22N60
IRFP27N60
TO-247 MOSFET транзистор 600В 30А
n 40 IRFPS40N60 S-247 MOSFET транзистор 600В 40А
n 47 SPW47NM60
FCh57N60
TO-247 MOSFET транзистор 600В 47А
n 60 IPW60R045 TO-247 MOSFET транзистор 600В 47А
Полевые транзисторы на напряжение до 700В:
КП707В1 ТО-220 n 3      
КП728 (Г1-С1) ТО-220 n 3. 3      
КП810 (А-В) ТО-218 n 7      
КП809Е ТО-218
ТО-3
n 9.6     мощный высоковольтный полевой транзистор на 700В
2П942Б ТО-3 n 10     MOSFET транзистор 700В 10А
КП707В ТО-3 n 12.5     мощный полевой транзистор 700В 12А
КП953В ТО-218 n 15 MOSFET транзистор 700В 15А
КП973А
 
ТО-218
 

 
n 30
39

IPW60R075

TO-247
полевой транзистор (IRF) 650В 25А
  n 60 IPW60R045 TO-247 полевой транзистор (IRF) 650В 38А
Полевые транзисторы на напряжение до 800В:
n 1. 5 BUZ78
IRFBE20
ТО-220
TO-220
высоковольтный MOSFET транзистор IRFBE20, характеристики
КП931А ТО-220 n 5 IRFBE30 ТО-220 высоковольтный MOSFET транзистор IRFBE30, характеристики
КП705Б,В ТО-3 n 5.4 SPP06N80 ТО-220 высоковольтный MOSFET транзистор SPP06N80, характеристики
КП809Д ТО-218
ТО-3
n 9.6 STP10NK80 TO-220 мощный полевой транзистор 800В 10А
2П942А ТО-3 n 10 STP12NK80 TO-247 MOSFET транзистор 800В 10А
КП7184А ТО-218 n 15 SPP17N80 ТО-220 мощный полевой транзистор 800В 15А
КП953А,Б,Д ТО-218 n 15     MOSFET транзистор 800В 15А
КП971Б ТО-218 n 25(55) SPW55N80 TO-247 MOSFET транзистор 800В 25А
MOSFET транзисторы на напряжение до 900-1000В:
2П803А,Б   n 4. 5(3.1) IRFBG30 TO-220 высоковольтный полевой транзистор IRFG30 на 900В
КП705А ТО-3 n 5.4(8) IRFPG50
2SK1120
TO-247
TO-218
мощный высоковольтный полевой транзистор 2SK1120 на 1000В
КП971А ТО-218 n 25(36) IPW90R120 TO-247 высоковольтный mosfet 900В 30А

Как подобрать аналог полевого транзистора?

Сразу оговоримся, что речь пойдет о подборе аналогов N-канальных, «logic-level», полевых транзисторов которые можно встретить в цепях питания на материнских платах и видеокартах. Logic-level, в данном случае, означает, что речь идет о приборах которые управляются, т.е. способны полностью открывать переход Drain to Source, при приложении с затвору относительно небольшого, до 5 вольт, напряжения.

 

Как может выглядеть полевый транзистор

Как правило на место прибора в корпусе D²PAK без проблем ставиться аналогичный но в корпусе DPAK.

При определенной сноровке можно на посадочное место под DPAK «раскорячить» D²PAK, хотя выглядеть будет не эстетично.

LFPAK естественно без проблем меняется на SO-8 с одним N-канальным транзистором, и наоборот.

В остальных случаях необходимо подбирать прибор в полностью аналогичном корпусе.


Где может использоваться полевый транзистор

Выше мы договорись что рассматриваем только подсистему питания, посему вариантов немного:

  • Импульсный преобразователь напряжения.
  • Линейный стабилизатор напряжения.
  • Ключ в цепях коммутации напряжения.

Система маркировки полевых транзисторов

Рассмотрим оную на примере. Пускай, у нас есть 20N03. Это означает, что он рассчитан на напряжение (Vds) ~30V и ток (Id) ~20A. Буковка N означает, что это N-канальный транзистор. Но из любого правила есть исключения, так, например, фирма Infineon указывает в маркировке полевика Rds, а не максимальный ток.

Примеры:

IPP15N03L - Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO220
IPB15N03L - Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=12.6mΩ Id=42A TO263(D²PAK)
SPI80N03S2L-05 - Infineon OptiMOS N-channel MOSFET Vds=30V Rds=5.2mΩ Id=80A TO262
NTD40N03R - On Semi Power MOSFET 45 Amps, 25 Volts Rds=12.6mΩ
STD10PF06 - ST STripFET™ II Power P-channel MOSFET 60V 0.18Ω 10A IPAK/DPAK

Итак, в случае маркировки XXYZZ мы можем утверждать, что XX — или Rds, или Id Y — тип канала ZZ — Vds


Основные характеристики N-канального полевого транзистора

В общем различных параметров важных, и не очень, у полевых транзисторов много. Мы подойдем к вопросу с прикладной точки зрения и ограничимся рассмотрением необходимых нам практически параметров.

  • Vds — Drain to Source Voltage — максимальное напряжение сток-исток.
  • Vgs — Gate to Source Voltage — максимальное напряжение затвор-исток.
  • Id — Drain Current — максимальный ток стока.
  • Vgs(th) — Gate to Source Threshold Voltage — пороговое напряжение затвор-исток при котором начинает открываться переход сток-исток.
  • Rds(on) — Drain to Source On Resistance — сопротивление перехода сток-исток в открытом состоянии.
  • Q(tot) — Total Gate Charge — полный заряд затвора.

Хочу обратить внимание что параметр Rds(on) может указываться при разных напряжениях затвор-исток, как правило это 10 и 4.5 вольта, это важная особенность которую нужно обязательно учитывать.


Степень критичности параметров в разных применениях

  Vds Vgs Id Vgs(th) Rds(on) Q(tot)
Импульсный преобразователь критично критично критично неважно критично обратить внимание
Линейный стабилизатор критично критично обратить внимание обратить внимание не имеет значения не имеет значения
Ключ критично критично обратить внимание неважно обратить внимание не имеет значения
  • Vds, Vgs — параметры всегда учитываемые, т. к. если если их превысить транзистор выходит из строя. Должен быть больше либо равен аналогичному параметру заменяемого прибора. В случае работы в импульсном преобразователе не стоит использовать приборы с запасом по рабочему напряжению более чем в 2-2.5 раза, т.к. приборы с большим рабочим напряжением, как правило, имеют худшие скоростные характеристики.
  • Id — параметр важный только в импульсном преобразователе, т.к. в остальных случаях ток крайне редко превышает 10% от номинального даже не слишком мощных приборов. Должен быть больше либо равен аналогичному параметру заменяемого прибора в случае с импульсным преобразователем, и быть не меньше 10 ампер в остальных случаях.
  • Vgs(th) — имеет, некоторое, значение при работе в линейном стабилизаторе, т.к. только там транзистор работает в активном, а не ключевом, режиме. Хотя практически logic-level полевых транзисторов которые могут не подойти по этому параметру не выпускается. Данный параметр критичен для линейных стабилизаторов, где в качестве управляющего элемента используется TL431 с питанием от +5В (к примеру, такая схема часто используется в линейных стабилизаторах напряжения на видеокартах)
  • Rds(on) — от этого параметра прямо-пропорционально зависит нагрев транзистора работающего в ключевом режиме, при прохождении тока через открытый канал. В данном случае чем меньше — тем лучше. ВНИМАНИЕ не следует забывать что защита от токовой перегрузки и КЗ ШИМ серий HIP63** и некоторых других исползует Rds(on) нижнего ключей (те что с дросселя на землю) в качестве датчика тока-зачителное его изменение изменит ток защиты и либо защита по току-будет работать раньше чем надо-результат просадки питания на пиках нагрузки-либо ток КЗ столь велик что убьет ключи раньше чем мама отключит БП снятием PW-ON поэтому строго говоря надо еще и Risen у шимки поменять(но это никто обычно не делает!)
  • Q(tot) — влияет на время перезаряда затвора, и соотвественно способно затягивать открытия и закрытия транзистора. Опять же чем меньше — тем лучше.

Добавил doomnik.

Документ от Fairchild Selection of MOSFETs in Switch Mode DC-DC Converters — рекомендации по подбору (а значит и замене) MOSFETs.

Прибор для подбора транзисторов — RadioRadar

Этот несложный для повторения прибор с автономным питанием позволяет подобрать биполярные n-p-n транзисторы с равными коэффициентами передачи тока базы, а n-канальные полевые транзисторы с изолированным затвором — пороговыми напряжениями и крутизной.

Впрактике радиолюбителя иногда возникает необходимость выборки биполярных транзисторов с равными коэффициентами передачи тока базы или полевых с пороговыми напряжениями и крутизной. Параметры транзисторов, даже из одной партии, могут иметь разброс, поэтому в случае их приобретения во избежание лишних затратжелательно сделать выборкупри покупке. Обычно продавцы, услышав о намерении приобрести не один, а несколько транзисторов при условии их предварительного отбора, не препятствуют контролю их параметров до оплаты. Радиорынки и специализированные магазины, торгующие радиодеталями в широком ассортименте, находятся в больших городах, посетить которые автору удаётся не чаще, чем несколько раз в год, поэтому в таких поездках я пользуюсь портативным карманным прибором, с помощью которого подбираю транзисторы в пары. Описание этого прибора предлагаю вниманию радиолюбителей.
С его помощью можно определить неисправные транзисторы, подбирать в пары как n-канальные полевые транзисторы различной мощности — от маломощных до мощных, так и биполярные транзисторы структуры n-p-n преимущественно малой и средней мощности. Время измерения параметров транзисторов и фиксация резуль-татов измерения не превышает нескольких секунд, а простой алгоритм анализа результатов и отсутствие каких-либо вычислений упрощают пользование прибором.

Схема прибора изображена на рис. 1. Он содержит генератор ступенчато возрастающего напряжения на микросхеме DD1 и резистивной матрице R11-R24, а также усилитель постоянного тока на транзисторах VT1 и VT2. Питание устройства осуществляется от батареи GB1 напряжением З В (два элемента типоразмера АА). Для повышения напряжения питания генератора и усилителя до 6 В применён повышающий преобразователь напряжения по схеме несимметричного мультивибратора на транзисторах VT3, VT4 с накопительным дросселем L1. Выходное напряжение преобразователя стабилизировано параметрическим стабилизатором на светодиодах HL8 и HL9 синего свечения с прямым падением напряжения на каждом 2,9…3,1 В, причём один из них смонтирован на лицевой панели прибора для индикации включения.
Генератор ступенчато возрастающего напряжения собран на основе микросхемы МС14060ВСР, содержащей 14-разрядный двоичный счётчик и два инвертора, предназначенных для построения тактового генератора совместно с внешними элементами (R2, R3 и С3 на рис. 1). При подаче питания кнопкой SB1 цепь R1C1 устанавливает все счётчики микросхемы в исходное состояние логического нуля, после чего начинается непрерывный счёт импульсов тактового генератора, частота которого задана цепью R3C3. Резистивная матрица R-2R на резисторах R11 -R24 — цифроаналоговый преобразователь семиразрядного двоичного кода с выхо-дов счётчика в ступенчато возрастающее напряжение. Максимальное число ступеней равно 128. При напряжении питания 6 В значение ступени, вес, равно 0,047 В (6 В / 128 = 0,047 В). Све-тодиоды HL1 -HL7, подключённые к выходам счётчика через токоограничи-тельные резисторы R4-R10, визуально отображают их состояния и значения входного параметра для испытуемого транзистора в двоичном коде.

Рис. 1. Схема прибора

 

Рассмотрим случай, когда ступенчато возрастающее напряжение подаётся на затвор испытуемого полевого транзистора с изолированным затвором и индуцированным каналом (МОП или МДП, англ. MOSFET), подключённого к гнёздам XS3-XS5. По мере его роста и достижения порогового значения транзистор начинает открываться, и когда ток стока достигнет значения 0,2 мА при разомкнутых контактах переключателя SA1, выходной транзистор VT2 усилителя постоянного тока открывается, останавливая работу тактового генератора микросхемы DD1 подачей уровня лог. 0 через диод VD1. Загоревшийся свето-диод HL10 «Стоп» сигнализирует об окончании счёта, светодиоды HL1-HL7 отображают состояния выходов счётчика микросхемы в двоичном коде на этот момент. При замкнутых контактах переключателя SA1 транзистор VT2 усилителя открывается при токе стока 1 мА. Подбор полевых транзисторов по равным пороговым напряжениям производится при токе стока 0,2 мА по совпадению кодов счётчика. Для подбора в пары транзисторов по крутизне необходимо сравнить коды счётчика для каждого транзистора при токах 0,2 и 1 мА. Так как крутизна — отношение приращения тока стока к приращению напряжения затвор-исток, то при равенстве кодов при обоих токах сравнения она у таких транзисторов будет одинакова. При необходимости пороговое напряжение транзисторов можно измерить, подключив к гнёздам XS1, XS2 цифровой вольтметр.Коэффициент передачи тока базы биполярных n-p-n транзисторов измеряют в схеме с общим эмиттером. Как известно, транзистор при таком включении имеет низкое входное сопротивление. Резистивная матрица R11-R24 сравнительно высокоомна, и если нагрузить её на низкое входное сопротивление биполярного транзистора, то для него генератор ступенчато возрастающего напряжения превратится в генератор ступенчато возрастающего тока базы.

При подключении к гнёздам XS3- XS5 испытуемого биполярного транзистора с формированием каждой ступени входного тока (тока базы) будет возрастать его ток коллектора. По достижении тока коллектора значения 0,2 мА при разомкнутых контактах переключателя SA1 или 1 мА при замкнутых, как уже сказано выше, работа тактового генератора будет остановлена и светодиоды HL1-HL7 станут индицировать достигнутое состояние счётчика. Для транзисторов с одинаковыми коэффициентами передачи тока остановки ге-нератора будут при равенстве их базовых токов, т. е. выходные коды, как и в случае полевых транзисторов, будут совпадать.

Подбирать в пары биполярные транзисторы следует тоже при двух значениях тока коллектора. Как показывает моя практика, если коэффициенты передачи тока совпадают на малых токах коллектора, они совпадают и на больших токах у большинства транзисторов из одной партии. Окончательный подбор пар п-р-п транзисторов производят при токе коллектора, при котором они будут работать.

Устройство безопасно для испытуемых транзисторов. Напряжение на гнёздах XS3-XS5 не превышает 6 В, ток через них ограничен значением 1 мА. Подключение и отключение транзисторов всегда происходят при отсутствии напряжений на гнёздах при отпущенной кнопке SB1, через нормально замкнутые контакты которой осуществляется разрядка всех ёмкостей, как в составе прибора, так и входных и выходных у испытуемыхтранзисторов.
Рассмотрим последовательность работы с прибором.

В гнёзда XS3-XS5 устанавливают испытуемый транзистор в соответствии с цоколёвкой. Переключатель SA1 устанавливают в положение «0,2 мА». Выключателем SA2 включают питание. По наличию свечения светодиода HL8, установленному на передней панели, убеждаются в исправности источника питания и готовности прибора к работе, после чего нажимают на кнопку SB1 «Пуск» — на микросхему DD1 и усилитель постоянного тока подаётся напряжение питания. Далее возможны три случая.

1. При погашенных светодиодах HL1-HL7 загорается светодиод HL10 «Стоп». У испытуемого транзистора пробит канал сток-исток или участок коллектор-эмиттер — при нулевом напряжении на затворе (нулевом токе базы) ток стока (коллектора) превысил 0,2 мА. Такой транзистор забраковывают.

2. Начинают поочерёдно загораться светодиоды HL1-HL7. У светодиодов младших разрядов HL5-HL7 из-за высокой частоты переключения свечение воспринимается непрерывным, у свето-диодов старших разрядов HL2-HL4 мигание заметно. Если светодиод HL1 постоянно мигает с частотой примерно 3 Гц, то это свидетельствует о том, что счётчик DD1 прошёл все возможные состояния и испытуемый транзистор открыть не удалось — у него обрыв или короткое замыкание в цепи затвора или базы. Такой транзистор также забраковывают.

3. После непродолжительного мигания светодиодов HL1-HL7 загорается светодиод HL10 «Стоп» и счётчик останавливается. Показания, отображающиеся в двоичном коде, фиксируют: «0» — погашенный светодиод из числа HL1- HL7, а «1» — светящийся. Переключатель SA1 переводят в положение «1 мА» и нажимают на кнопку «Пуск», после чего снова фиксируют показания.

Далее извлекают транзистор из гнёзд, устанавливают следующий и все манипуляции повторяют.

Микросхему MC14060BCP можно заменить любым аналогом серии 4060В, транзисторы — любые маломощные кремниевые соответствующей структуры. Коэффициент передачи тока базы транзистора VT4 должен быть не менее 400. При отсутствии такого транзистора его можно заменить другим, с меньшим усилением по току, подобрав сопротивление резисторов R31 и R33 так, чтобы блок питания обеспечил стабильное напряжение 5,8…6 В при токе нагрузки 6 мА и изменении напряжения питания от 2,2 до 3 В. Диод VD1 — любой маломощный кремниевый, германиевый диод VD2 можно заменить маломощным диодом Шотки, в случае отсутствия такового можно установить и кремниевый диод, но при этом ухудшится использование ёмкости батареи питания. Дроссель L1 применён готовый от сетевого фильтра на гантелеобразном магнитопроводе ЭПРА неисправной КЛЛ. Все светодиоды — маломощные повышенной яркости свечения. HL2- HL9 — синего свечения, HL1 и HL10 для повышения заметности — красного. Оксидные конденсаторы — импортные, остальные — керамические КМ5. Резисторы — любые, причём резисторы R11-R24 в матрице желательно подобрать с точностью не хуже 2 %. Переключатели SA1 и SA2 — движковые
ПД9-2, кнопка SB1 — микропереключатель МП3-1. Гнёзда XS1-XS5 могут быть любыми, подходящими из имеющихся.

Устройство собрано навесным монтажом на двух фрагментах универсальной макетной платы (соответственно для преобразователя напряжения и самого прибора). Корпус взят от неисправного пульта ПДУ от видеотехники. Имеющаяся в нём плата использована как шасси, причём светодиоды и микропереключатель смонтированы на шасси, а движковые переключатели — на верхней панели. Гнёзда для вольтметра установлены на месте светодиода ПДУ.

Фальшпанель изготовлена из плотной бумаги. После нанесения всех над-
писей её ламинируют толстой прозрачной плёнкой, наклеивают на верхнюю панель ПДУ и вырезают плёнку напротив всех отверстий. Такая фальшпанель проста в изготовлении и довольно стойка против механических воздействий и истирания. Внешний вид прибора показан на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид прибора

 

Налаживание заключается в подборе сопротивления резисторов R26 и R28 для получения указанных токов.

При наличии корпуса достаточного объёма, в котором можно разместить четыре элемента АА или ААА, прибор можно упростить, исключив преобразователь напряжения, и подать питание непосредственно от батареи из этих элементов.

Автор: К. Мороз, г. Белебей, Башкортостан

ПРОБНИК ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

   В радиолюбительских конструкциях все чаще встречаются полевые транзисторы (ПТ), особенно в схемах УКВ аппаратуры. Но многие отказываются от их сборки, хотя схемы простые, проверенные временем, так как в них применяются ПТ к которым предъявляются особые требования по описанию схем. В журналах и интернете описано много приборов и испытателей ПТ (5,6), но они сложны, ведь в домашних условиях сложно измерить основные параметры ПТ. Приборы для испытания ПТ очень дороги и покупать их ради подбора двух, трех ПТ нет смысла.

 

Схема испытателя для полевых транзисторов (уменьшенная)

   В домашних условиях возможно измерить, приблизительно, основные параметры ПТ и подобрать их. Для этого необходимо иметь как минимум два прибора, одним из которых измеряют ток, а другим напряжение, и два источника питания. Собрав схему (1, 2) вначале необходимо резистором R1 установить нулевое напряжение на затворе VT1, движок R1 в нижнем положение резистором R2 установить напряжение сток-исток Uси VT1 по справочнику, для проверяемого транзистора, обычно 10-12 вольт. Затем подключают прибор PA2, переведенный в режим измерения тока, в цепь стока и снимают показание, Iс.нач это начальный ток стока, его еще называют током насыщения ПТ при заданном напряжение сток-исток и нулевом напряжение затвор-исток. Затем медленно перемещая движок R1 за показанием PA2 и как только ток упадет практически до нуля (10-20 мкА) измерить напряжение между затвором и истоком, данное напряжение будет напряжением отсечки Uотс. .


   Чтобы измерить крутизну характеристики SмА/В ПТ нужно снова устанавливают нулевое напряжение Uзи резистором R1, PA2 покажет Iс.нач. Резистором R1 так же медленно увеличивают напряжение Uзи до одного вольта по PA1, для упрощения расчета, PA2 покажет меньший ток Ic.измер. Если теперь разность двух показаний PA2 разделить на напряжение Uзи получившийся результат будет соответствовать крутизне характеристики: 

   SмА/В=Iс.нач — Iс.измер/Uзи.

   Так проверяются транзисторы с управляющим с p-n переходом и каналом p-типа, для ПТ n-типа нужно поменять полярность включения Uпит на обратное.

   Существуют также полевые транзисторы с изолированным затвором. Существуют две разновидности МДП-транзисторов с индуцированным и со встроенным каналами.

   Транзисторы первого типа можно использовать только в режиме обогащения. Транзисторы второго типа могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения канала. Поэтому полевые транзисторы с изолированным затвором часто называют МДП-транзисторами или МОП-транзисторами (металл — оксид- полупроводник).


   В МОП-транзисторах с индуцированным каналом проводящий канал между сильнолегированными областями истока и стока и, следовательно, заметный ток стока появляются только при определенной полярности и при определенном значении напряжения на затворе относительно истока (отрицательного при р-канале и положительного при n-канале). Это напряжение называют пороговым (Uпор). Так как появление и рост проводимости индуцированного канала связаны с обогащением его основными носителями заряда, эти транзисторы могут работать только в режиме обогащения.

   В МОП — транзисторах со встроенным каналом проводящий канал, изготавливается технологическим путем, образуется при напряжении на затворе равном нулю. Током стока можно управлять, изменяя значение и полярность напряжения между затвором и истоком. При некотором положительном напряжении затвор — исток транзистора с р — каналом или отрицательном напряжении транзистора с n -каналом ток в цепи стока прекращается. Это напряжение называют напряжением отсечки (Uотс ). МОП — транзистор со встроенным каналом может работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения канала основными носителями заряда.

   Работа МОП-транзистора с индуцированным p-каналом. При отсутствии смещения (Uзи = 0; Uси = 0) приповерхностный слой полупроводника обычно обогащен электронами. Это объясняется наличием положительно заряженных ионов в пленке диэлектрика, что является следствием предшествующего окисления кремния и фотолитографической его обработки.

   Напряжение на затворе, при котором индуцируется канал, называют пороговым напряжением Unoр. Так как канал возникает постепенно, по мере увеличения напряжения на затворе, то для исключения неоднозначности в его определении обычно задается определенное значение тока стока, при превышении которого считается, что потенциал затвора достиг порогового напряжения Unop.


   В транзисторах с встро

AVR-STM-C++: Как выбрать MOSFET

Не так давно мне нужно было подключить нагрузку к Arduino nano и я столкнулся проблемой силовых ключей. У меня было несколько IRF640N, по мощности они подходили, но я сомневался можно ли их открыть 5-тью вольтами.
В даташите на этот MOSFET сказано, что максимальное напряжение для начала(!) открытия составляет 4 вольта.
Я на скорую руку собрал схемку для проверки сей надписи.
Вот так все в железе — через IRF640N я запитал светодиод.

Всё заработало, чего я в принципе и ожидал. НО! Запитан светодиод, которому много тока не нужно. А как будет вести себя мосфит, если через него попробовать прокачать несколько ампер?. Давайте же разберемся с MOSFET транзисторами и посмотрим какие из них будут работать при управлении Arduino, а какие — нет.

Как выбрать MOSFET, руководствуясь даташитом.


На данный момент самые популярные и недорогие MOSFET-транзисторы — N-канальные. Поэтому речь пойдет именно о них.
Итак, при подборе MOSFET-транзистора следует учитывать несколько параметров. Я думаю, что максимальный ток и максимальное напряжение, с которым они могут работать, учитывают все. А вот некоторые нюансы в плане напряжений открытия а так же максимальной рабочей частоты (или эффективной рабочей частоты) — учитываются не всеми. Тем не менее я расскажу и про максимальные токи с напряжениями. С них и начнем.

Максимальный ток и максимальное напряжение MOSFET


В даташите они указаны на самом видном месте. Для примера можем взять тот же IRF640N. Идем в гугл, вбиваем IRF640N datasheet, качаем, открываем и смотрим.
Ищем табличку с надписью «Absolute Maximum Ratings», в ней есть фактически все необходимые нам данные.
Из этой таблички мы видим, что максимальный непрерывный ток при температуре в 25 градусов составляет 18 Ампер, при температуре 100 градусов — на пять ампер меньше, тоесть 13 A (параметр Continuous Drain Current). Отсюда мы можем так же узнать мощность рассеивания, это параметр Power Dissipation.
Теперь посмотрим максимальное напряжение, это уже будет таблица Electrical Characteristics, в ней есть параметр Drain-to-Source Breakdown Voltage, он составляет 200 вольт. Но обратите внимание на то, что это напряжение пробоя, так что не стоит надеяться что мосфит будет работать при таком напряжении, всегда нужно оставлять хотя бы треть величины про запас (на случай непредвиденного скачка напряжения в схеме, например, или чтоб ничего не сгорело через час-другой, работая на пределе).
Итак, основные максимальные параметры мы рассмотрели, давайте теперь перейдем к напряжению управления мосфитом.

Что такое Gate Threshold Voltage или можно ли открыть MOSFET логическим уровнем


Когда я включал светодиод через мосфит, я этот самый мосфит открыл логической единицей с Arduino nano, тоесть напряжением в 5 вольт. Тем не мене, открыл я его не полностью. Тоесть ток, который пошел через открытый логической единицей MOSFET составляет всего 22 мА, так как чтоб светодиод не сгорел, я ограничил ток резистором на 220 Ом. Если я попытаюсь запитать через этот транзистор нагрузку в несколько ампер, то тогда станет ясно, что он открыт не полностью. В даташите в таблице Absolute Maximum Ratings у параметра Continuous Drain Current стоит примечание V(gs)=10. Это значит, что максимальный ток будет при напряжении между Gate и Source 10 вольт, это напряжение его полного открытия.
Есть и еще один параметр: Static Drain-to-Source On-Resistance — это сопротивление полностью открытого MOSFET транзистора. У IRF640N сопротивление 0.15 Ом, тоесть меньше одного Ома. Но в условиях сказано, что для того, чтоб сопротивление было таким, нужно чтобы напряжение между Gate и Source составляло 10 вольт.
Таким образом мы из даташита узнали, что данный мосфит не может управляться логическим уровнем в 5 вольт при высоких нагрузках. Для полноценной работы ему необходимо подать на затвор 10 вольт. Где их взять? Существуют специальные драйвера для управления мосфитами, которые в таких случаях и применяются. Но что делать, если не хочется ставить драйвер? Или нет возможности, например нет времени ждать.

Есть специальные MOSFET транзисторы, которые управляются логическим уровнем. Давайте рассмотрим несколько таких мосфитов.
Первым будет IRL510. Выбор на него пал по причине наличия сего мосфита в моих закромах, плюс к тому же я с ним уже работал.
Идем в гугл, вбиваем туда IRL510 datasheet, открываем на сей мосфит даташит и смотрим. Первое различие с 640-вым — это Gate-Source Threshold Voltage, который ровно в два раза ниже. Но основной параметр не этот, нужно обратить внимание на сопротивление транзистора (Drain-Source On-State Resistance), а точнее на условие, при котором сопротивление по даташиту низкое и соответствует полностью открытому мосфиту.


Более того, отсюда мы видим, что irl510 может управляться 4-мя вольтами.
Для более глубокого понимания можно рассмотреть irlz44n и irfz44n. Первый управляется логическим уровнем, второй же — нет.
Глянем характеристики IRLZ44N из datasheet на него.
Как видим сопротивление указано и для 4 вольт и для 10-ти. Gate Threshold Voltage максимум 2 вольта. Отсюда делаем вывод, что данный полевой транзистор откроется при логической единице в 5 V.
В случае с irfz44n мы видим сопротивление только для 10-ти вольт, да и напряжение открытия у него от 2 до 4 вольт.
Отсюда вывод, что этот мосфит не сможет полностью открыться при 5-ти вольтах. Тем не менее, он откроется. Что будет, если заставить мосфит работать в полуоткрытом состоянии, я расскажу позже, а сейчас поговорим о том, что делать, если нам надо управлять MOSFET транзистором не 5-тью вольтами, а 3.3 V, подключая к STM32, например.
Первый вариант — это подбор полевого транзистора, способного работать с управляющими 3.3 V.

Давайте посмотрим как читать графики из даташитов на MOSFET-транзисторы. Берем, к примеру, IRL510. Нас интересует график Typical Transfer Characteristics, в нем приведены два параметра: Drain Current — это амперы, которые пройдут через транзистор; и Gate-to-Source Voltage — это напряжение на затворе.
Проводим через график две черты, первую вертикальную в месте примерно 3.3 вольт, вторую горизонтальную в месте пересечения первой линии с линией графика — это будут амперы, которые мы получим, открыв транзистор напряжением 3.3v


Мы видим, что получается больше 10-ти ампер, таким образом делаем вывод, что вполне возможно запитать через этот полевой транзистор нагрузку до 10-ти ампер (помним про необходимость запаса).
Теперь возьмем еще один MOSFET с управлением логическим уровнем — IRLZ44N.
Тут примерно та же картина, что и у предыдущего мосфита.
Теперь глянем два графика, один на IRF640N, второй на IRFZ44N.
Как видим, у обоих графики начинаются с 4.5 вольт, а не с 2V, как у предыдущих. Так же при 5-ти вольтах у IRF640N будет ток около одного Ампера, а учитывая, что Arduino может питаться по USB с прибора, который выдаст всего 4.5V — ток не составит и одного Ампера.

У IRFZ44N график чуть получше, при 5V он спокойно даст больше 10-ти Ампер.
Что будет если через полуоткрытый MOSFET потечет большой ток? MOSFET будет очень сильно греться, грубо говоря он станет работать как резистор, ибо его сопротивление будет высоко. Проще говоря, из ключа он превратиться в резистор. Это стоит учитывать при проектировании, стараясь подбирать полевые транзисторы таким образом, чтоб они открывались полностью. Либо запитывая через не полностью открытый полевик такой потребитель тока, который не будет брать на себя тока больше, чем половина из того, который может течь через наполовину открытый MOSFET. Это всё только в том случае, если нет возможности построить схему открытия MOSFET транзистора так, чтоб он открылся полностью. Например, как сделал я.


Это та схема, которой я запитал светодиод через IRF640N в самом начале статьи. По этой схеме можно подключать только те мосфиты, которые управляются логическим уровнем.
Как по названию MOSFET определить логическим он уровнем управляется или нет? Очень просто, я думаю вы уже заметили, что у тех, которые управляются логическим уровнем, в названии присутствует буква L.

Теперь посмотрим как правильно подключить MOSFET через биполярный транзистор. Для примера я взял всё тот же IRF640N, подключив его через MJE13005. С MJE13005 это конечно перебор, но я взял тот, что под руку попался. Вместо него можно использовать фактически любой маломощный NPN транзистор.


Правильная схема подключения полевого транзистора через биполярный должна предусматривать еще и защиту микроконтроллера на случай пробоя биполярного транзистора. Можно и пренебречь защитой, удешевив конструкцию, но я предпочитаю перестраховаться. По этой схеме MOSFET можно подключать как к Arduino, так и к STM32, либо любому микроконтроллеру AVR. Да и с PIC тоже работать будет. Вместо светодиода с резистором можно подключать любую нагрузку, какую вам захочется — мотор, например.

Есть еще один параметр, на который следует обращать внимание — это частота. Но этот параметр мы рассмотрим в следующий раз, так как эта статья и без него получилась довольно немаленькая.

Полевые транзисторы с линейной характеристикой сопротивления. Полевые транзисторы

Силовые инверторы, да и многие другие электронные устройства, редко обходятся сегодня без применения мощных MOSFET (полевых) или . Это касается как высокочастотных преобразователей типа сварочных инверторов, так и разнообразных проектов-самоделок, схем коих полным полно в интернете.

Параметры выпускаемых ныне силовых полупроводников позволяют коммутировать токи в десятки и сотни ампер при напряжении до 1000 вольт. Выбор этих компонентов на современном рынке электроники довольно широк, и подобрать полевой транзистор с требуемыми параметрами отнюдь не является проблемой сегодня, поскольку каждый уважающий себя производитель сопровождает конкретную модель полевого транзистора технической документацией, которую всегда можно найти как на официальном сайте производителя, так и у официальных дилеров.

Прежде чем приступить к проектированию того или иного устройства, с применением названных силовых компонентов, всегда нужно точно знать, с чем имеешь дело, особенно когда выбираешь конкретный полевой транзистор. Для этого и обращаются к datasheet»ам. Datasheet представляет собой официальный документ от производителя электронных компонентов, в котором приводятся описание, параметры, характеристики изделия, типовые схемы и т.д.

Давайте же посмотрим, что за параметры указывает производитель в даташите, что они обозначают и для чего нужны. Рассмотрим на примере даташита на полевой транзистор IRFP460LC. Это довольно популярный силовой транзистор, изготовленный по технологии HEXFET.

HEXFET подразумевает такую структуру кристалла, когда в одном кристалле организованы тысячи параллельно-включенных МОП-транзисторных ячеек гексагональной формы. Это решение позволило значительно снизить сопротивление открытого канала Rds(on) и сделало возможным коммутацию больших токов. Однако, перейдем к обзору параметров, указанных непосредственно в даташите на IRFP460LC от International Rectifier (IR).

См.

В самом начале документа дано схематичное изображение транзистора, приведены обозначения его электродов: G-gate (затвор), D-drain (сток), S-source (исток), а также указаны его главные параметры и перечислены отличительные качества. В данном случае мы видим, что этот полевой N-канальный транзистор рассчитан на максимальное напряжение 500 В, сопротивление его открытого канала составляет 0,27 Ом, а предельный ток равен 20 А. Пониженный заряд затвора позволяет использовать данный компонент в высокочастотных схемах при невысоких затратах энергии на управление переключением. Ниже приведена таблица (рис. 1) предельно допустимых значений различных параметров в различных режимах.

    Id @ Tc = 25°C; Continuous Drain Current Vgs @ 10V — максимальный продолжительный, непрерывный ток стока, при температуре корпуса полевого транзистора в 25°C, составляет 20 А. При напряжении затвор-исток 10 В.

    Id @ Tc = 100°C; Continuous Drain Current Vgs @ 10V — максимальный продолжительный, непрерывный ток стока, при температуре корпуса полевого транзистора в 100°C, составляет 12 А. При напряжении затвор-исток 10 В.

    Idm @ Tc = 25°C; Pulsed Drain Current — максимальный импульсный, кратковременный ток стока, при температуре корпуса полевого транзистора в 25°C, составляет 80 А. При условии соблюдения приемлемой температуры перехода. На рисунке 11 (Fig 11) дается пояснение относительно соответствующих соотношений.

    Pd @ Tc = 25°C Power Dissipation — максимальная рассеиваемая корпусом транзистора мощность, при температуре корпуса в 25°C, составляет 280 Вт.

    Linear Derating Factor — с повышением температуры корпуса на каждый 1°C, рассеиваемая мощность возрастает еще на 2,2 Вт.

    Vgs Gate-to-Source Voltage — максимальное напряжение затвор-исток не должно быть выше +30 В или ниже -30 В.

    Eas Single Pulse Avalanche Energy — максимальная энергия единичного импульса на стоке составляет 960 мДж. Пояснение дается на рисунке 12 (Fig 12).

    Iar Avalanche Current — максимальный прерываемый ток составляет 20 А.

    Ear Repetitive Avalanche Energy — максимальная энергия повторяющихся импульсов на стоке не должна превышать 28 мДж (для каждого импульса).

    dv/dt Peak Diode Recovery dv/dt — предельная скорость нарастания напряжения на стоке равна 3,5 В/нс.

    Tj, Tstg Operating Junction and Storage Temperature Range – безопасный температурный диапазон от -55°C до +150°C.

    Soldering Temperature, for 10 seconds — допустимая при пайке максимальная температура составляет 300°C, причем на расстоянии минимум 1,6мм от корпуса.

    Mounting torque, 6-32 or M3 screw — максимальный момент при креплении корпуса не должен превышать 1,1 Нм.

    Rjc Junction-to-Case (кристалл-корпус) 0.45 °C/Вт.

    Rcs Case-to-Sink, Flat, Greased Surface (корпус-радиатор) 0.24 °C/Вт.

    Rja Junction-to-Ambient (кристалл-окружающая среда) зависит от радиатора и внешних условий.

Следующая таблица содержит все необходимые электрические характеристики полевого транзистора при температуре кристалла 25°C (см. рис. 3).

    V(br)dss Drain-to-Source Breakdown Voltage — напряжение сток-исток, при котором наступает пробой равно 500 В.

    ΔV(br)dss/ΔTj Breakdown Voltage Temp.Coefficient — температурный коэффициент, напряжения пробоя, в данном случае 0,59 В/°C.

    Rds(on) Static Drain-to-Source On-Resistance — сопротивление сток-исток открытого канала при температуре 25°C, в данном случае, составляет 0,27 Ом. Оно зависит от температуры, но об этом позже.

    Vgs(th) Gate Threshold Voltage — пороговое напряжение включения транзистора. Если напряжение затвор-исток будет меньше (в данном случае 2 — 4 В), то транзистор будет оставаться закрытым.

    gfs Forward Transconductance — Крутизна передаточной характеристики, равна отношению изменения тока стока к изменению напряжения на затворе. В данном случае измерена при напряжении сток-исток 50 В и при токе стока 20 А. Измеряется в Ампер/Вольт или Сименсах.

    Idss Drain-to-Source Leakage Current — ток утечки стока, он зависит от напряжения сток-исток и от температуры. Измеряется микроамперами.

    Igss Gate-to-Source Forward Leakage и Gate-to-Source Reverse Leakage — ток утечки затвора. Измеряется наноамперами.

    Qg Total Gate Charge — заряд, который нужно сообщить затвору для открытия транзистора.

    Qgs Gate-to-Source Charge — заряд емкости затвор-исток.

    Qgd Gate-to-Drain («Miller») Charge — соответствующий заряд затвор-сток (емкости Миллера)

В данном случае эти параметры измерены при напряжении сток-исток, равном 400 В и при токе стока 20 А. На рисунке 6 дано пояснение относительно связи величины напряжения затвор-исток и полного заряда затвора Qg Total Gate Charge, а на рисунках 13 a и b приведены схема и график этих измерений.

    td(on) Turn-On Delay Time — время открытия транзистора.

    tr Rise Time — время нарастания импульса открытия (передний фронт).

    td(off) Turn-Off Delay Time — время закрытия транзистора.

    tf Fall Time — время спада импульса (закрытие транзистора, задний фронт).

В данном случае измерения проводились при напряжении питания 250 В, при токе стока 20 А, при сопротивлении в цепи затвора 4,3 Ом, и сопротивлении в цепи стока 20 Ом. Схема и графики приведены на рисунках 10 a и b.

    Ld Internal Drain Inductance — индуктивность стока.

    Ls Internal Source Inductance — индуктивность истока.

Данные параметры зависит от исполнения корпуса транзистора. Они важны при проектировании драйвера, поскольку напрямую связаны с временными параметрами ключа, особенно это актуально при разработке высокочастотных схем.

    Crss Reverse Transfer Capacitance — емкость затвор-сток (емкость Миллера).

Данные измерения проводились на частоте 1 МГц, при напряжении сток-исток 25 В. На рисунке 5 показана зависимость данных параметров от напряжения сток-исток.

Следующая таблица (см. рис. 4) описывает характеристики интегрированного внутреннего диода полевого транзистора, условно находящегося между истоком и стоком.

    Is Continuous Source Current (Body Diode) — максимальный непрерывный длительный ток диода.

    Ism Pulsed Source Current (Body Diode) — максимально допустимый импульсный ток через диод.

    Vsd Diode Forward Voltage — прямое падение напряжения на диоде при 25°C и токе стока 20 А, когда на затворе 0 В.

    trr Reverse Recovery Time — время обратного восстановления диода.

    Qrr Reverse Recovery Charge — заряд восстановления диода.

    ton Forward Turn-On Time — время открытия диода обусловлено главным образом индуктивностями стока и истока.

Приведены пределы тока стока, в зависимости от напряжения сток-исток и напряжения затвор-исток при длительности импульса 20 мкс. Первый рисунок — для температуры 25°C, второй — для 150°C. Очевидно влияние температуры на управляемость открытием канала.

На рисунке 6 графически представлена передаточная характеристика данного полевого транзистора. Очевидно, чем ближе напряжение затвор-исток к 10 В, тем лучше открывается транзистор. Влияние температуры также просматривается здесь довольно отчетливо.

На рисунке 7 приведена зависимость сопротивления открытого канала при токе стока в 20 А от температуры. Очевидно, с ростом температуры увеличивается и сопротивление канала.

На рисунке 9 приведена зависимость прямого падения напряжения на внутреннем диоде от величины тока стока и от температуры. На рисунке 8 показана область безопасной работы транзистора в зависимости от длительности времени открытого состояния, величины тока стока и напряжения сток-исток.

На рисунке 11 показана зависимость максимального тока стока от температуры корпуса.

На рисунках а и b представлены схема измерений и график, показывающий временную диаграмму открытия транзистора в процессе нарастания напряжения на затворе и в процессе разряда емкости затвора до нуля.

На рисунке 14 показана зависимость максимально допустимой энергии импульса от величины прерываемого тока и температуры.

На рисунках а и b показаны график и схема измерений заряда затвора.

На рисунке 16 показана схема измерений параметров и график типичных переходных процессов во внутреннем диоде транзистора.

На последнем рисунке изображен корпус транзистора IRFP460LC, его размеры, расстояние между выводами, их нумерация: 1-затвор, 2-сток, 3-исток.

Так, прочитав даташит, каждый разработчик сможет подобрать подходящий силовой или не очень, полевой или IGBT-транзистор для проектируемого либо ремонтируемого силового преобразователя, будь то , или любой другой силовой импульсный преобразователь.

Зная параметры полевого транзистора, можно грамотно разработать драйвер, настроить контроллер, провести тепловые расчеты, и подобрать подходящий радиатор без необходимости ставить лишнее.

Полевым транзистором называется полупроводниковый усилительный прибор, сопротивление которого может изменяться под действием электрического поля. Изменение сопротивления достигается изменением удельного электрического сопротивления слоя полупроводника или изменением объема полупроводника, по которому проходит электрический ток.

В работе полевых транзисторов используются различные эффекты, такие, как изменение объема р п -перехода при изменении действующего на нем запирающего напряжения; эффекты обеднения, обогащения носителями зарядов или инверсии типа проводимости в приповерхностном слое полупроводника. Полевые транзисторы иногда называют униполярными , потому что ток, протекающий через них, обусловлен носителями только одного знака. Полевые транзисторы еще называют канальными транзисторами, поскольку управляющее работой транзистора электрическое поле проникает в полупроводник относительно неглубоко, и все процессы протекают в тонком слое, называемом каналом .

Управляющая цепь полевого транзистора практически не потребляет ток и мощность. Это позволяет усиливать сигналы от источников, обладающих очень большим внутренним сопротивлением и малой мощностью. Кроме того, это дает возможность размещать сотни тысяч транзисторов на одном кристалле микросхемы.

Полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом

Полевой транзистор может быть изготовлен в виде пластинки полупроводника (с п- или р -проводимостью), в одну из поверхностей которой вплавлен слой металла, называемый затвором , образующий плоский р-п -переход (рис. 5.1). К нижнему и верхнему торцам пластинки присоединяются выводы, называемые соответственно истоком и стоком. Если на затвор подается напряжение запирающей полярности (положительное на п -затвор и отрицательное на р -затвор), то в зависимости от его значения в канале (р-п -переходе) возникает обедненный носителями заряда слой, являющийся практически изолятором.

Изменяя напряжение на затворе от нуля до некоторого достаточно большого напряжения, называемого напряжением отсечки (напряжением запирания , или пороговым напряжением , см. рис. 5.6), можно так расширить объем полупроводника, занимаемого р-п -переходом, что он займет весь канал и перемещение носителей заряда между истоком и стоком станет невозможным. Транзистор полностью закроется (рис. 5.2).

В отличие от биполярных транзисторов, управляемых током, полевые транзисторы управляются напряжением, и, поскольку это напряжение приложено к управляющему р-п -переходу в обратной (запирающей) полярности, то ток в цепи управления практически не протекает (при напряжении 5 В ток управления не превышает 10 -10 А).

Полевые транзисторы с изолированным затвором

полевые транзисторы с индуцированным каналом

На рис. 5.3 показано устройство полевого транзистора с изолированным затвором, называемого МДП-транзистором . Это название обусловлено конструкцией: затвор выполнен из металла (М) и отделен тонким слоем диэлектрика (Д) от полупроводника (П), из которого сделан транзистор. Если транзистор изготовлен из кремния, то в качестве диэлектрика используется тонкая пленка оксида кремния. В этом случае на­звание изменяется на МОП-транзистор (металл-оксид-полупроводник).

Показанный на рис. 5.3 слева транзистор изготовлен на основе пластинки (подложки , или основания ) из кремния с р -проводимостью. На поверхности пластинки диффузионным способом получены две области с п -проводимостью (исток и сток), разделенные областью п -канала, имеющей преобладающую р -проводимость. Вследствие этого при подаче на транзистор напряжения ток между истоком и стоком протекать не будет, ибо переходы сток-основание и исток-основание образуют два встречно включенных р‑п‑ перехода, один из которых будет закрыт при любой полярности приложенного напряжения.

Однако, если на поверхностный слой р -полупроводника подействовать достаточно сильным электрическим полем, приложив между затвором и основанием напряжение положительной полярности, то между истоком и стоком начнет протекать ток. Это объясняется тем, что из приповерхностного слоя полупроводника, расположенного под затвором, электрическим полем будут оттесняться дырки и собираться электроны, образуя канал (с п -проводимостью, показанный на рис. 5.3 пунктирной линией), вследствие чего р‑п‑ переходы исток-канал и канал-исток перестанут существовать. Проводимость п‑ канала будет тем больше, чем больше напряжение, приложенное между затвором и основанием.

Транзистор рассмотренной конструкции называется МДП-транзистором с индуцированным каналом.

Основание обычно соединяется с истоком, но иногда напряжение на него подается отдельно, и тогда основание играет роль дополнительного затвора.

Если основание выполнено из п -кремния, исток и сток образованы сильно легированными областями с р‑ проводимостями, а в качестве изолятора используется оксид кремния, то получается МОП-транзистор с индуцированным р‑каналом (с проводимостью р ) (рис. 5.3 справа).

полевые транзисторы со встроенным каналом

МОП-транзисторы могут быть выполнены со встроенным каналом. Например, на рис. 5.4 слева приведена схема устройства такого транзистора с п -каналом. Основание выполнено из р -кремния, а исток и сток имеют п -проводимость и получены диффузионным способом. Исток и сток соединены сравнительно тонким каналом с незначительной р‑ проводимостью.

Если основание сделано из п -кремния, а исток и сток из р -кремния, то транзистор имеет встроенный р-канал (рис. 5.4 справа).

Работу п -канального МОП-транзистора можно пояснить так. Если на затвор подано отрицательное (относительно основания) напряжение, то электроны проводимости вытесняются из п -канала в основание, и проводимость канала уменьшается, вплоть до полного обеднения и запирания канала.

При подаче на затвор положительного напряжения п -канал обогащается электронами, и проводимость его увеличивается (рис.5.6).

Классификация и характеристики полевых транзисторов

Полевые транзисторы бывают обедненного и обогащенного типа. К первым относятся все транзисторы с р‑п -переходом и п -канальные МОП-транзисторы обедненного типа. МОП-транзисторы обогащенного типа бывают как п -канальными, так и р -канальными (рис. 5.5).

Транзисторы обогащенного и обедненного типа отличаются только значением так называемого порогового напряжения , получаемого экстраполяцией прямолинейного участка характеристики (рис. 5.6.).

Выходными характеристиками полевого транзистора называются зависимости тока стока от напряжения сток-исток для различных значений напряжения затвор-исток.

Полевой транзистор является очень хорошим прибором с точки зрения выходной проводимости — при постоянном напряжении затвор-исток ток стока почти не зависит от напряжения (за исключением области малых напряжений сток-исток). На рис. 5.7 показаны типичные зависимости i с от u си для ряда значений u зи.

Полевые транзисторы являются полупроводниковыми приборами. Особенностью их является то, что ток выхода управляется электрическим полем и напряжением одной полярности. Регулирующий сигнал поступает на затвор и осуществляет регулировку проводимости перехода транзистора. Этим они отличаются от биполярных транзисторов, в которых сигнал возможен с разной полярностью. Другим отличительным свойством полевого транзистора является образование электрического тока основными носителями одной полярности.

Разновидности
Существует множество разных видов полевых транзисторов, действующих со своими особенностями.
  • Тип проводимости. От нее зависит полюсность напряжения управления.
  • Структура: диффузионные, сплавные, МДП, с барьером Шоттки.
  • Количество электродов: бывают транзисторы с 3-мя или 4-мя электродами. В варианте с 4-мя электродами подложка является отдельной частью, что дает возможность управлять прохождением тока по переходу.
  • Материал изготовления: наиболее популярными стали приборы на основе германия, кремния. В маркировке транзистора буква означает материал полупроводника. В транзисторах, производимых для военной техники, материал маркируется цифрами.
  • Тип применения: обозначается в справочниках, на маркировке не указан. На практике известно пять групп применения «полевиков»: в усилителях низкой и высокой частоты, в качестве электронных ключей, модуляторов, усилителей постоянного тока.
  • Интервал рабочих параметров: набор данных, при которых полевики могут работать.
  • Особенности устройства: унитроны, гридисторы, алкатроны. Все приборы имеют свои отличительные данные.
  • Количество элементов конструкции: комплементарные, сдвоенные и т. д.
Кроме основной классификации «полевиков», имеется специальная классификация, имеющая принцип действия:
  • Полевые транзисторы с р-n переходом, который осуществляет управление.
  • Полевые транзисторы с барьером Шоттки.
  • «Полевики» с изолированным затвором, которые делятся:
    — с индукционным переходом;
    — со встроенным переходом.

В научной литературе предлагается вспомогательная классификация. Там говорится, что полупроводник на основе барьера Шоттки необходимо выделить в отдельный класс, так как это отдельная структура. В один и тот же транзистор может входить сразу оксид и диэлектрик, как в транзисторе КП 305. Такие методы применяют для образования новых свойств полупроводника, либо для снижения их стоимости.

На схемах полевики имеют обозначения выводов: G – затвор, D – сток, S – исток. Подложку транзистора называют «substrate».

Конструктивные особенности

Электрод управления полевым транзистором в электронике получил название затвора. Его переход выполняют из полупроводника с любым видом проводимости. Полярность напряжения управления может быть с любым знаком. Электрическое поле определенной полярности выделяет свободные электроны до того момента, пока на переходе не закончатся свободные электроны. Это достигается воздействием электрического поля на полупроводник, после чего величина тока приближается к нулю. В этом заключается действие полевого транзистора.

Электрический ток проходит от истока к стоку. Разберем отличия этих двух выводов транзистора. Направление движения электронов не имеет значения. Полевые транзисторы обладают свойством обратимости. В радиотехнике полевые транзисторы нашли свою популярность, так как они не образуют шумов по причине униполярности носителей заряда.

Главной особенностью полевых транзисторов является значительная величина сопротивления входа. Это особенно заметно по переменному току. Эта ситуация получается по причине управления по обратному переходу Шоттки с определенным смещением, или по емкости конденсатора возле затвора.

Материалом подложки выступает нелегированный полупроводник. Для «полевиков» с переходом Шоттки вместо подложки закладывают арсенид галлия, который в чистом виде является хорошим изолятором.

На практике оказывается трудным создание структурного слоя со сложным составом, отвечающим необходимым условиям. Поэтому дополнительным требованием является возможность медленного наращивания подложки до необходимых размеров.

Полевые транзисторы с р- n переходом

В такой конструкции тип проводимости затвора имеет отличия от проводимости перехода. Практически применяются различные доработки. Затвор может быть изготовлен из нескольких областей. В итоге наименьшим напряжением можно осуществлять управление прохождением тока, что повышает коэффициент усиления.

В разных схемах применяется обратный вид перехода со смещением. Чем больше смещение, тем меньше ширина перехода для прохождения тока. При определенной величине напряжения транзистор закрывается. Применение прямого смещения не рекомендуется, так как мощная цепь управления может оказать влияние на затвор. Во время открытого перехода проходит значительный ток, или повышенное напряжение. Работа в нормальном режиме создается путем правильного выбора полюсов и других свойств источника питания, а также подбором точки работы транзистора.

Во многих случаях специально применяют непосредственные токи затвора. Такой режим могут применять и транзисторы, у которых подложка образует переход вида р-n. Заряд от истока разделяется на сток и затвор. Существует область с большим коэффициентом усиления тока. Этот режим управляется затвором. Однако, при возрастании тока эти параметры резко падают.

Подобное подключение применяется в схеме частотного затворного детектора. Он применяет свойства выпрямления перехода канала и затвора. В таком случае прямое смещение равно нулю. Транзистор также управляется затворным током. В цепи стока образуется большое усиление сигнала. Напряжение для затвора изменяется по закону входа и является запирающим для затвора.

Напряжение в стоковой цепи имеет элементы:
  • Постоянная величина. Не применяется.
  • Сигнал несущей частоты. Отводится на заземление с применением фильтров.
  • Сигнал с модулирующей частотой. Подвергается обработке для получения из него информации.

В качестве недостатка затворного детектора целесообразно выделить значительный коэффициент искажений. Результаты для него отрицательные для сильных и слабых сигналов. Немного лучший итог показывает фазовый детектор, выполненный на транзисторе с двумя затворами. Опорный сигнал подается на один их электродов управления, а информационный сигнал, усиленный «полевиком», появляется на стоке.

Несмотря на значительные искажения, этот эффект имеет свое назначение. В избирательных усилителях, которые пропускают определенную дозу некоторого спектра частот. Гармонические колебания фильтруются и не влияют на качество действия схемы.

Транзисторы МеП, что означает – металл-полупроводник, с переходом Шоттки практически не отличаются от транзисторов с р-n переходом. Так как переход МеП имеет особые свойства, эти транзисторы могут функционировать на повышенной частоте. А также, структура МеП простая в изготовлении. Характеристики по частоте зависят от времени заряда затворного элемента.

МДП-транзисторы

База элементов полупроводников постоянно расширяется. Каждая новая разработка изменяет электронные системы. На их базе появляются новые приборы и устройства. МДП-транзистор действует путем изменения проводимости полупроводникового слоя с помощью электрического поля. От этого и появилось название – полевой.

Обозначение МДП расшифровывается как металл-диэлектрик-полупроводник. Это дает характеристику состава прибора. Затвор изолирован от истока и стока тонким диэлектриком. МДП транзистор современного вида имеет размер затвора 0,6 мкм, через который может протекать только электромагнитное поле. Оно оказывает влияние на состояние полупроводника.

При возникновении нужного потенциала на затворе возникает электромагнитное поле, которое оказывает влияние на сопротивление участка стока-истока.

Достоинствами такого применения прибора является:
  • Повышенное сопротивление входа прибора. Это свойство актуально для применения в цепях со слабым током.
  • Небольшая емкость участка сток-исток дает возможность применять МДП-транзистор в устройствах высокой частоты. При передаче сигнала искажений не наблюдается.
  • Прогресс в новых технологиях производства полупроводников привел к разработке транзисторов IGBT, которые включают в себя положительные моменты биполярных и полевых приборов. Силовые модули на их основе широко применяются в приборах плавного запуска и преобразователях частоты.

При разработке таких элементов нужно учесть, что МДП-транзисторы имеют большую чувствительность к повышенному напряжению и статическому электричеству. Транзистор может сгореть при касании к его выводам управления. Следовательно, при их установке необходимо применять специальное заземление.

Такие полевые транзисторы обладают многими уникальными свойствами (например, управление электрическим полем), поэтому они популярны в составе электронной аппаратуры. Также следует отметить, что технологии изготовления транзисторов постоянно обновляется.

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор – это полупроводниковый преобразовательный прибор, в котором ток, текущий через канал, управляется электрическим полем, возникающим при приложении напряжения между затвором и истоком. Предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Полевые транзисторы применяются в усилительных каскадах с большим входным сопротивлением, ключевых и логических устройствах, при изготовлении микросхем.

Принцип действия полевых транзистор ов снован на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок). Управление током, осуществляется изменением проводимости канала, через который протекает ток транзистора под воздействием электрического поля. Поэтому эти транзисторы называют полевыми.

По способу создания канала различают полевые транзисторы с затвором в виде управляющего р- n — перехода и с изолированным затвором (МДП — или МОП — транзисторы): встроенным каналом и индуцированным каналом.

В зависимости от проводимости канала полевые транзисторы делятся на полевые транзисторы с каналом р- типа и полевые транзисторы с каналом n — типа. Канал р- типа обладает дырочной проводимостью, а n — типа – электронной.

Полевой транзистор с управляющим р- n — переходом – это полевой транзистор, затвор которого отделен в электрическом отношении от канала р- n -переходом, смещенным в обратном направлении.

Устройство полевого транзистора с управляющим р- n -переходом (каналом n — типа)

Условное обозначение полевого транзистора с р- n -переходом и каналом n — типа (а), каналом р- типа (б)

Каналом полевого транзистора называют область в полупроводнике, в которой ток основных носителей заряда регулируется изменением ее поперечного сечения. Электрод, через который в канал входят носители заряда, называют истоком. Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда — сток. Электрод, для регулирования поперечного сечения канала за счет управляющего напряжения — затвор.

Управляющее (входное) напряжение подается между затвором и истоком. Напряжение U зи является обратным для обоих р- n — переходов. Ширина р- n — переходов, а, следовательно, эффективная площадь поперечного сечения канала, его сопротивление и ток в канале зависят от этого напряжения. С его ростом расширяются р- n — переходы, уменьшается площадь сечения токопроводящего канала, увеличивается его сопротивление, а, следовательно, уменьшается ток в канале. Следовательно, если между истоком и стоком включить источник напряжения U си, то силой тока стока I с , протекающего через канал, можно управлять путем изменения сопротивления (сечения) канала с помощью напряжения, подаваемого на затвор. На этом принципе и основана работа полевого транзистора с управляющим р- n — переходом.

При напряжении U зи = 0 сечение канала наибольшее, его сопротивление наименьшее и ток I с получается наибольшим. Ток стока I с нач при U зи = 0 называют начальным током стока. Напряжение U зи , при котором канал полностью перекрывается, а ток стока I с становится весьма малым (десятые доли микроампер), называют напряжением отсечки U зи отс .

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим р- n — переходом

Стоковые (выходные) характеристики полевого транзистора с р- n — переходом и каналом n — типа, отражают зависимость тока стока от напряжения U си при фиксированном напряжении U зи : I c = f (U си ) при U зи = const .


Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с р-п- переходом и каналом п- типа: а – стоковые; б – стокозатворная

Особенностью полевого транзистора является то, что на проводимость канала оказывает влияние и управляющее напряжение U зи , и напряжение U си . При U си = 0 выходной ток I с = 0. При U си > 0 (U зи = 0) через канал протекает ток I c , в результате создается падение напряжения, возрастающее в направлении стока. Суммарное падение напряжения участка исток-сток равно U си . Повышение напряжения U си вызывает увеличение падения напряжения в канале и уменьшение его сечения, а следовательно, уменьшение проводимости канала. При некотором напряжении U си происходит сужение канала, при котором границы обоих р- n — переходов сужаются и сопротивление канала становится высоким. Такое напряжение U си называют напряжением насыщения U си нас . При подаче на затвор обратного напряжения U зи происходит дополнительное сужение канала, и его перекрытие наступает при меньшем значении напряжения U си нас . В рабочем режиме используются пологие участки выходных характеристик.

Полевые транзисторы с изолированным затвором

У полевого транзистора с изолированным затвором (МДП — транзистор), затвор отделен в электрическом отношении от канала слоем диэлектрика. МДП — транзисторы в качестве диэлектрика используют оксид кремния SiO 2. Другое название таких транзисторов – МОП — транзисторы (металл-окисел-полупроводник).

Принцип действия МДП — транзисторов основан на изменении проводимости поверхностного слоя полупроводника под воздействием поперечного электрического поля. Поверхностный слой, является токопроводящим каналом этих транзисторов. МДП — транзисторы выполняют двух типов – со встроенным каналом и с индуцированным каналом.


Конструкция МДП — транзистора со встроенным каналом n -типа. В исходной пластинке кремния р- типа с относительно высоким удельным сопротивлением, с помощью диффузионной технологии созданы две легированные области с противоположным типом электропроводности – n . На эти области нанесены металлические электроды – исток и сток. Между истоком и стоком имеется поверхностный канал с электропроводностью n — типа. Поверхность кристалла полупроводника между истоком и стоком покрыта тонким слоем диэлектрика. На этот слой нанесен металлический электрод – затвор. Наличие слоя диэлектрика позволяет подавать на затвор управляющее напряжение обеих полярностей.


При подаче на затвор положительного напряжения, создающимся электрическим полем дырки из канала будут выталкиваться в подложку, а электроны — из подложки в канал. Канал обогащается – электронами, и его проводимость увеличивается при возрастании ток стока. Это называется режим обогащения.

При подаче на затвор отрицательного напряжения, относительно истока, в канале создается электрическое поле, под влиянием которого электроны выталкиваются из канала в подложку, а дырки втягиваются из подложки в канал. Канал обедняется основными носителями заряда, проводимость уменьшается, а ток стока уменьшается. Такой режим транзистора называют режимом обеднения.

В таких транзисторах при U зи = 0, если приложить напряжение между стоком и истоком (U си > 0), протекает ток стока I с нач , называемый начальным и, представляющий собой поток электронов.

Канал проводимости тока не создается, а образуется благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины, при приложения к затвору напряжения положительной полярности относительно истока. При отсутствии этого напряжения канала нету, и между истоком и стоком n -типа расположен только кристалл р- типа, а на одном из р- n — переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между истоком и стоком велико, и транзистор заперт. Но при подаче на затвор положительное напряжение, под влиянием поля затвора электроны будут перемещаться из областей истока и стока и из р- области к затвору. Когда напряжение затвора превысит пороговое значение U зи пор , в поверхностном слое концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и произойдет инверсия типа электропроводности, индуцируется токопроводящий канал n -типа, соединяющий области истока и стока. Транзистор начинает проводить ток. Чем больше положительное напряжение затвора, тем больше проводимость канала и ток стока. Транзистор с индуцированным каналом может работать только в режиме обогащения.


Условное обозначение МДП — транзисторов:

а − со встроенным каналом n — типа;

б − со встроенным каналом р- типа;

в − с выводом от подложки;

г − с индуцированным каналом n — типа;

д − с индуцированным каналом р- типа;

е − с выводом от подложки.

Статические характеристики полевых МДП — транзисторов.

При U зи = 0 через прибор протекает ток, определяемый исходной проводимостью канала. В случае приложения к затвору напряжения U зи 0 поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны – носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и проводимости канала. Вследствие этого стоковые характеристики при U зи 0 располагаются ниже кривой, соответствующей U зи = 0.

При подаче на затвор напряжения U зи > 0 поле затвора притягивает электроны в канал из полупроводниковой пластины р- типа. Концентрация носителей заряда в канале увеличивается, проводимость канала возрастает, ток стока I с увеличивается. Стоковые характеристики при U зи > 0 располагаются выше исходной кривой при U зи = 0.

Отличие стоковых характеристик заключается в том, что управление током транзистора осуществляется напряжением одной полярности, совпадающей с полярностью напряжения U си . Ток I c = 0 при U си = 0, в то время как в транзисторе со встроенным каналом для этого необходимо изменить полярность напряжения на затворе относительно истока.

Параметры МДП — транзисторов аналогичны параметрам полевых транзисторов с р- n — переходом. По входному сопротивлению МДП — транзисторы имеют лучшие показатели, чем транзисторы с р- n — переходом.

схемы включения

Полевой транзистор можно включать с общим истоком-а (ОИ), общим стоком-в (ОС) и общим затвором-б (ОЗ).


Чаще всего применяется схема с ОИ. Каскад с общим истоком дает очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не дает усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем имеет ограниченное применение.

усилительный каскад на полевых транзисторах


Схема усилителя, выполненного по схеме с ОИ .

Транзистор в режиме покоя обеспечивается постоянным током стока I сп и соответствующим ему напряжением сток-исток U сип . Этот режим обеспечивается напряжением смещения на затворе полевого транзистора U зип . Это напряжение возникает на резисторе R и при прохождении тока I сп (U R и = I сп R и ) и прикладывается к затвору благодаря гальванической связи через резистор R 3 . Резистор R и , кроме обеспечения напряжения смещения затвора, используется также для температурной стабилизации режима работы усилителя по постоянному току, стабилизируя I сп . Чтобы на резисторе R и не выделялась переменная составляющая напряжения, его шунтируют конденсатором С и. Этим и обеспечивают постоянство коэффициента усиления каскада.

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Несколько определений:

    Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком.

    Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком.

    Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

    Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p-n переходом, называется каналом полевого транзистора.

Поэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа.

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа.

1) Uзи = 0; Ic1 = max;

2) |Uзи| > 0; Ic2

3) |Uзи| >> 0; Ic3 = 0

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.

Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала.

    Чем объяснить высокое входное сопротивление полевого транзистора?

Т.к. управление полевым транзистором осуществляется электрическим полем, то в управляющем электроде практически нет тока, за исключением тока утечки. Поэтому полевые транзисторы имеют высокое входное сопротивление, порядка 10 14 Ом.

    От чего зависит ток стока полевого транзистора?

Зависит от подаваемых напряжений U си и U зи.

    Схемы включения полевых транзисторов.

Полевой транзистор можно включать по одной из трех основных схем: с общим истоком (ОИ), общим стоком (ОС) и общим затвором (ОЗ).

На практике чаще всего применяется схема с ОИ, аналогичная схеме на биполярном транзисторе с ОЭ. Каскад с общим истоком даёт очень большое усиление тока и мощности. Схема с ОЗ аналогична схеме с ОБ. Она не даёт усиления тока, и поэтому усиление мощности в ней во много раз меньше, чем в схеме ОИ. Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, в связи с чем он имеет ограниченное практическое применение в усилительной технике.

    В чем отличие полевого транзистора от биполярного?

В полевом транзисторе управление током осуществляется электрическим полем, создаваемым приложенным напряжением, а не с помощью тока базы. Поэтому в управляющем электроде практически нет тока, за исключением токов утечки.

    Статический режим включения транзистора. Статические характеристики полевых транзисторов.

К основным характеристикам относятся:

    Стокозатворная характеристика (рис. а) – это зависимость тока стока (Ic) от напряжения на затворе (Uси) для транзисторов с каналом n-типа.

    Стоковая характеристика (рис. б) – это зависимость Ic от Uси при постоянном напряжении на затворе Ic = f (Uси) при Uзи = Const.

Основные параметры:

    Напряжение отсечки.

    Крутизна стокозатворной характеристики. Она показывает, на сколько миллиампер изменится ток стока при изменении напряжения на затворе на 1 В.

    Внутреннее сопротивление (или выходное) полевого транзистора

    Поясните влияние на ток стока напряжений U зи и U си .

Влияние подводимых напряжений в транзисторе в управляемом иллюстрируется на рисунке:

Три основных рабочих режима транзистора.

В различных видах полевых транзисторов и при различных внешних напряжениях затвор может оказывать два вида воздействий на канал: в первом случае (например, в полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом при напряжениях на электродах, соответствующих рис. 2-1.5) он препятствует протеканию тока через канал, уменьшая число носителей зарядов, проходящих через него (такой режим называют режимом обеднения канала ), во втором случае (например, в МДП-транзисторах с индуцированным каналом, включенных в соответствии с рис. 2-1.7) затвор, наоборот, стимулирует протекание тока через канал, увеличивая число носителей зарядов в потоке (режим обогащения канала ). Часто просто говорят о режиме обеднения и режиме обогащения . Заметим, что МДП-транзисторы с индуцированным каналом могут находиться в активном режиме только в случае режима обогащения канала, а для МДП-транзисторов со встроенным каналом это может быть и режим обогащения, и режим обеднения. В полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом попытка приложить прямое смещение на этот переход вызывает его открытие и протекание существенного тока в цепи затвора. Реальные процессы в транзисторе в этом случае сильно зависят от его конструкции, практически никогда не документируются и трудно предсказуемы. Поэтому говорить о режиме обогащения для полевых транзисторов с управляющим переходом не принято да и просто бессмысленно.

Режим насыщения — характеризует состояние не всего транзистора в целом, как это было для биполярных приборов, а только токопроводящего канала между истоком и стоком. Данный режим соответствует насыщению канала основными носителями зарядов. Такое явление как насыщение является одним из важнейших физических свойств полупроводников. Оказывается, что при приложении внешнего напряжения к полупроводниковому каналу, ток в нем линейно зависит от этого напряжения лишь до определенного предела (напряжение насыщения ), а по достижении этого предела стабилизируется и остается практически неизменным вплоть до пробоя структуры. В приложении к полевым транзисторам это означает, что при превышении напряжением сток-исток некоторого порогового уровня оно перестает влиять на ток в цепи. Если для биполярных транзисторов режим насыщения означал полную потерю усилительных свойств, то для полевых это не так. Здесь наоборот, насыщение канала приводит к повышению коэффициента усиления и уменьшению нелинейных искажений. До достижения напряжением сток-исток уровня насыщения ток через канал линейно увеличивается с ростом напряжения (т.е. ведет себя так же, как и в обычном резисторе). Автору неизвестно какого-либо устоявшегося названия для такого состояния полевого транзистора (когда ток через канал идет, но канал ненасыщен), будем называть его режимом ненасыщенного канала (он находит применение в аналоговых ключах на полевых транзисторах). Режим насыщения канала обычно является нормальным при включении полевого транзистора в усилительные цепи, поэтому в дальнейшем при рассмотрении работы транзисторов в схемах мы не будем делать особого акцента на этом, подразумевая, что между стоком и истоком транзистора присутствует напряжение, достаточное для насыщения канала.

    Чем характеризуется ключевой режим работы транзистора?

Ключевым называют такой режим работы транзистора, при котором он может быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт, а промежуточное состояние, при котором компонент частично открыт, в идеале отсутствует. Мощность, которая выделяется в транзисторе, в статическом режиме равна произведению тока, протекающего через выводы сток-исток, и напряжения, приложенного между этими выводами.

В идеальном случае, когда транзистор открыт, т.е. в режиме насыщения, его сопротивление межу выводами сток-исток стремится к нулю. Мощность потерь в открытом состоянии представляет произведение равного нулю напряжения на определённую величину тока. Таким образом, рассеиваемая мощность равна нулю.

В идеале, когда транзистор закрыт, т.е. в режиме отсечки, его сопротивление между выводами сток-исток стремится к бесконечности. Мощность потерь в закрытом состоянии есть произведение определённой величины напряжения на равное нулю значение тока. Следовательно, мощность потерь равна нулю.

Выходит, что в ключевом режиме, в идеальном случае, мощность потерь транзистора равна нулю.

    Что называют усилительным каскадом?

Соединение нескольких усилителей, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала. Подразделяют на каскады предварительного усиления и выходные каскады. Первые предназначены для повышения уровня сигнала по напряжению, а выходные каскады – для получения требуемых тока или мощности сигнала.

Сайт инженера Задорожного С.М. — Схемотехнические решения.

Фото 1. В результате — ряд приподнятых над платой выводов.

Использование специальных насадок к паяльнику для выпаивания микросхем поверхностного монтажа в корпусе типа TQFP несёт в себе риск перегрева микросхемы и/или печатной платы. Кроме того, эти насадки не всегда под рукой, да и стоят они изрядно. Ниже описан метод безопасного демонтажа микросхем в корпусе TQFP — без перегрева и с возможностью повторной установки выпаянной микросхемы. При этом никакого специального паяльного оборудования не требуется.
Read More

Интерес к статическим параметрам полевого транзистора с p-n-переходом на затворе, таким как начальный ток стока и напряжение отсечки, проявляется чаще всего инженерами и радиолюбителями либо как к приводимым в справочниках характеристикам для сравнения транзисторов различных типов, либо в связи с подбором близких по параметрам транзисторов для дифференциального каскада. В настоящей статье речь пойдёт об использовании статических параметров при расчёте схем на полевых транзисторах.

Read More

Описанная ниже доработка радиоприемника DEGEN DE1103 была выполнена для того, чтобы прием в диапазонах длинных и средних волн велся не на встроенную ферритовую, а на штатную телескопическую или внешнюю антенну, а при работе на коротких волнах принимаемый сигнал со штатной телескопической или внешней антенны подавался прямо на вход первого смесителя, то есть минуя каскад на транзисторе Q1.
Read More

Днем появления FM-радиовещания в привычном для нас виде, то есть как коммерческой индустрии, можно считать 1 марта 1941 года, когда впервые в эфир вышла радиостанция W47NV с передающим центром в Нэшвилле, штат Тенесси, США. Вот как писал об этом американский еженедельник «Broadcasting» («Радиовещание») от 10 марта 1941 года в статье «New FM Station of WSM, in Nashville, Starts Operation With 70 Hours Weekly» («Новый FM-передатчик радиостанции WSM в Нэшвилле начал свою работу по 70 часов в неделю»):

Read More

Определять параметры полевых транзисторов с p-n-переходом на затворе, как n-канальных, так и p-канальных, поможет описанная ниже простая и недорогая приставка к вольтметру, которая позволяет измерять начальный ток стока полевого транзистора и его напряжение отсечки. Таким образом, используя лишь эту приставку в комплекте с каким-нибудь вольтметром, можно, например, отобрать транзисторы с наилучшими характеристиками или подобрать пару одинаковых по параметрам транзисторов. Кроме того, приставка позволяет проверить полевой транзистор на работоспособность, приблизительно определить крутизну полевого транзистора в предполагаемой рабочей точке, а студентам и начинающим радиолюбителям — исследовать полевой транзистор чтобы лучше понять его принцип работы.
Read More

Эксперимент с аудиозаписью приёма вещательной радиостанции в диапазоне средних волн проводился с целью ещё раз подтвердить способность антишумовой ферритовой антенны «Олуша-10» подавлять индустриальные и бытовые радиопомехи. Подробно принцип работы антенны «Олуша-10» описан в авторской статье «Подавление синфазной помехи радиоприему».
Read More

Думаю повторить вашу разработку «Индивидуальное» зарядное устройство-автомат без микроконтроллера», но вот возник вопрос. У вас в статье на нижних центральных фотографиях стоит платка стабилизатора напряжения с разъемом, в который втыкается внешний блок питания. Можно ли попросить схему вашего варианта стабилизатора, а также рисунок с трассировкой печатных проводников на платке?» (Из письма одного радиолюбителя)
Read More

Что такое согласованная нагрузка

В учебной литературе согласование с нагрузкой рассматривается чаще всего применительно к волновым свойствам длинной линии при передаче высокочастотного сигнала. Но в [1] всё же рассмотрены энергетические соотношения при передаче энергии от активного двухполюсника к пассивному.
Read More

При разработке схемы активной приёмной антенны вместе со стоимостью и доступностью активных элементов важно также принимать во внимание их качественные параметры: уровень вносимых интермодуляционных искажений и коэффициент шума. Многие разработки, описание которых опубликовано в последние годы, претендуют на высокие качественные показатели по малому уровню вносимых интермодуляционных искажений, но в одной из них, например, применён маломощный полевой транзистор стоимостью около 20 долларов за штуку. Выполненные на доступной элементной базе другие разработки имеют хорошие характеристики, но за счёт использования комплементарных пар транзисторов. Такой подход может быть просто результатом недостатка у разработчиков полной информации, имея которую они могли бы сделать осмысленный выбор элементов для достижения в конечном продукте приемлемого и привлекательного для изготовителей соотношения цена/качество, использовав при этом компоненты, доступные по разумным ценам у таких популярных дистрибьютеров, как «Digi-Key» и «Mouser».
Read More

После публикации авторских статей «Подавление синфазной помехи радиоприему»; и «Мастер-кит из «СЕЛГА-404»: антишумовая ферритовая антенна «Олуша-Т»; была разработана антишумовая ферритовая антенна «Олуша-10», которая, в отличие от антенны «Олуша-Т», представляет из себя уже самостоятельное устройство, а не переделку из деталей старого радиоприемника: была разработана печатная плата и пр. Антенна изготавливалась по заказу радиолюбителей в различных исполнениях, в том числе с установкой на фотоштатив и с фрикционным верньерным устройством.
Read More

Простое автоматическое зарядное устройство, о котором пойдет речь, собрано из доступных деталей, суммарная стоимость которых не превышает цены одного никель-металлогидридного аккумулятора типоразмера AA, для зарядки которого и предназначено устройство. Собрать его можно на печатной плате, размеры которой не намного больше габаритов самого аккумулятора.

Read More

Контролировать температуру в нескольких точках при помощи платиновых или медных термометров сопротивления типа ТСП и ТСМ (ГОСТ Р 8.625-2006) поможет несложный и недорогой восьмиканальный преобразователь сопротивление-частота, к достоинствам которого можно отнести также помехоустойчивость, однополярное питание и малое энергопотребление. Read More

Полевые транзисторы

— обзор

9.1.1 Геометрическая масштабируемость

Ширина и длина полевого транзистора (FET) являются ключевыми переменными, доступными разработчикам схем для оптимизации характеристик схемы. Полностью обедненный кремний на изоляторе (FDSOI) — это строгальная технология, поэтому ширину можно плавно изменять, в отличие от FinFET, где ширина задается целыми числами (одно ребро, два ребра и т. Д.). Поскольку технологии FDSOI нацелены на аналоговые и радиочастотные (RF) приложения, литография обычно настраивается для обеспечения непрерывного диапазона длин.Чтобы воспользоваться этой гибкостью конструкции, модель должна точно воспроизводить характеристики устройства для любого сочетания длины и ширины.

BSIM-IMG имеет обширную физику, встроенную в уравнения для эффектов масштабирования длины канала. Для чисто цифровой модели, которая должна быть точной только для вытянутой длины в диапазоне от минимальной до нескольких более длинных точек, плюс технологическая вариация L , этого может оказаться достаточно. Тем не менее, промышленный разработчик моделей, который должен покрывать расстояние от минимума менее 30 нм до максимума более микрона с точностью, требуемой разработчиками аналоговых и радиочастотных устройств, почти всегда обнаружит, что модель не может достаточно точно соответствовать по всей длине.

Компактная модель всегда должна быть компромиссом, включая всю физику и обеспечивающую быстрое моделирование. В конкретной конструкции устройства опущенные или упрощенные физические данные могут быть достаточно важными, чтобы потребовать более обширного рассмотрения. Поскольку BSIM-IMG является стандартной отраслевой моделью, поддерживаемой коалицией компактных моделей Si2 (CMC), существует механизм для предложения, разработки, тестирования и внедрения изменений модели. По этой причине членами CMC являются большинство литейных производств и поставщиков средств автоматизации проектирования электроники (EDA), а также многие компании без заводов.

Вероятно, наиболее частой причиной несоответствия по длине является печать ворот. Модель регулирует длину, указанную в списке соединений, с дельтой L и даже обеспечивает корректировку с дельтой L для печати на основе геометрии устройства.

Lnew = L + XL

LLLN = Lnew − LLN

LLWN = Lnew − WLN

LWLLN − LWN = LLLN × WLWN

dLIV = LINT + LL × LLLN + LW × WLWN + LWN × WLWN

Leff = Lnew – 2.0 × dLIV

Используя эти параметры модели, можно улучшить соответствие токов и емкости вытянутой длине, особенно для самых коротких отрезков.

Однако это аналитические функции, которые производят плавное монотонное изменение в L и W . Формирование рисунка с номинальной длиной затвора 28 нм или меньше с использованием литографии с длиной волны света 193 нм [1] требует коррекции оптического приближения и использования методов повышения разрешения, таких как вспомогательные функции субразрешения [2]. Это прерывистые процессы, которые вызывают немонотонное и даже прерывистое изменение дельты L в зависимости от нарисованного L , особенно для более длинных устройств, представляющих интерес для разработчиков аналоговых и маломощных радиочастотных схем.

Разработчик модели также часто сталкивается в процессе с другими геометрическими эффектами, которые вызывают различия в поведении устройства. Часто невозможно определить точный задействованный механизм, и лучшее, что может сделать разработчик модели, — это охарактеризовать изменение как одну из физических характеристик полевого транзистора, например, подвижность или последовательное сопротивление.

Для вариаций печати, которые не могут быть смоделированы, и для других наблюдаемых геометрических эффектов у разработчика моделей есть два варианта.Один из них — использовать параметры разбиения модели либо как полностью разбитую модель, либо как дополнительную глобальную вариацию в уравнениях модели. Другой — встроить в карточку модели уникальные уравнения или даже справочные таблицы, которые корректируют параметры модели с учетом геометрических изменений, которые не моделируются.

Механизм биннинга Модель короткоканального транзистора с изолированным затвором Беркли для независимых многополюсных вентилей (BSIM-IMG) аналогична таковой в других моделях BSIM от Калифорнийского университета в Беркли. Каждый параметр с возможностью бина рассчитывается как константа плюс три геометрических члена.

(9.1) PARAMi = PARAM + LPARAM / Leff + WPARAM / Weff + PPARAM / (Weff × Leff)

На рис. 9.1 показан пример разделения пространства L × W , разделенного на шесть бункеров. В каждом углу бункера есть полевой транзистор, который измеряется и устанавливается без геометрических масштабов. Параметры бин-модели из четырех моделей в четырех углах бина используются для решения уравнения. (9.1) для четырех параметров биннинга для этого бина. Структура уравнения гарантирует, что параметр бинированной модели будет иметь одинаковое значение в соседних интервалах для точек на границе между интервалами.Например, бункеры 1 и 2 имеют одинаковое значение для каждого параметра бина в L и W полевого транзистора 2, а также полевого транзистора 6 по конструкции. Параметры без объединения имеют одинаковое значение во всех ячейках, поэтому ячейки 1 и 2 дают точно такую ​​же модель в этих точках. Изучая уравнение. (9.1) читатель может видеть, что это будет верно для каждой точки на линии от FET 2 до FET 6.

Рисунок 9.1. Разделение пространства L W для бункерной модели.

Одно из главных преимуществ бининговых моделей состоит в том, что модели с единственной геометрией для углов бинов могут быть легко подогнаны.Тогда полная биннинговая модель может быть построена с помощью простого алгоритма. Соответствие данным по углам ячеек обычно довольно хорошее. Однако из-за того, что уравнение биннинга не включает в себя физику, транзисторы в точках внутри бинов могут не подходить особенно хорошо. И хотя этот метод обеспечивает непрерывность через границы бункеров, он не гарантирует монотонности или физически разумных кривых по сравнению с L или W . В общем, построение хороших бинированных моделей требует применения дополнительных ограничений на значение бинированных параметров в каждой из подгонок одной геометрии.

Разработчики моделей часто обрабатывают параметры биннинга ( L PARAM и т. Д.) Как дополнительные параметры глобального масштабирования. Например, если насыщение скорости не может быть адекватно подогнано с помощью масштабирования L , встроенного в модель, параметр LVSAT может использоваться, чтобы дать разработчику модели дополнительную степень свободы в модели. Это особенно полезно для зависимости Вт от SiGe-канала полевого транзистора p-типа (pFET), где ширина активной области может иметь очень сильное влияние посредством модуляции механического напряжения.

В крайнем случае, разработчик моделей может включить расчеты в карточку модели. Это добавляет сложности и создает риск того, что модели могут не работать одинаково в симуляторах от разных поставщиков EDA. Но это дает моделисту практически неограниченную свободу подгонять любое геометрическое поведение устройства. Это часто необходимо для моделирования эффекта локальной компоновки, обсуждаемого далее в этой главе.

МОП полевой транзистор

МОП полевой транзистор Подразделы
Рисунок 10.16: вертикальный разрез интегрированного MOSFET
Рисунок 10.17: четыре типа полевых МОП-транзисторов и их обозначения

Существует четыре различных типа полевых МОП-транзисторов: показано на рис. 10.17 все охватываемые моделью будут объяснено здесь. « Модель первого порядка » — это физическая модель с уравнения тока стока согласно Гарольду Шичману и Дэвиду А.Ходжес [13].

В следующей таблице приведены параметры модели и устройства для MOSFET уровень 1.

Рисунок 10.18: n-канальный полевой МОП-транзистор с большим сигналом, модель

Заранее сделано несколько полезных сокращений, чтобы упростить DC. текущие уравнения.

Пороговое напряжение, зависящее от смещения, зависит от объемного источника напряжение или напряжение объемного стока в зависимости от режим работы.

(10.169)

Следующие уравнения описывают поведение постоянного тока в N-канальный MOSFET в нормальном режиме, т.е. , в соответствии с Шичман и Ходжес.

  • область отсечения:

с участием

(10.182)

В обратном режиме работы, т.е. , такой же уравнения могут быть применены со следующими модификациями. Заменять с, с и с . Ток стока меняется на противоположное.Кроме того, трансдуктивности изменяют свои управляющие узлы, т. е.

(10.183)

Уравнения тока двух паразитных диодов в объемном узле и их производные записываются следующим образом.

с участием

(10.186)

Рисунок 10.19: сопровождаемая модель постоянного тока внутреннего MOSFET

С прилагаемой моделью постоянного тока, показанной на рис.10.19 это возможно формирование матрицы MNA и текущего вектора внутреннее устройство MOSFET.

(10.187)

Есть электрические параметры, а также физические и геометрические. параметров в наборе параметров модели для полевых МОП-транзисторов « Первый Модель заказа ». Некоторые электрические параметры могут быть получены из геометрия и физические параметры.

Емкость оксида на квадратный метр площади канала может быть вычисляется как

(10.191)

Тогда общую оксидную емкость можно записать как

(10.192)

Коэффициент крутизны можно рассчитать с помощью

(10.193)

Поверхностный потенциал определяется выражением (с температурным напряжением)

(10.194)

Уравнение (10.194) справедливо для концентраций акцепторов () существенно больше концентрации донора.Объемный порог (также иногда называемый эффектом тела) коэффициент) составляет

(10.195)

И, наконец, пороговое напряжение нулевого смещения записывается как следует.

(10.196)

В то время как обозначает плоскую полосу напряжения, состоящую из работы разница в функциях затвора и подложки материал и дополнительный потенциал из-за заряда поверхности оксида.

(10.197)

Температурно-зависимый потенциал запрещенной зоны кремния (материал подложки Si) пишет следующим образом. С участием в ширина запрещенной зоны составляет примерно.

(10.198)

Разница работы выхода вычисляется в зависимости от материал проводника затвора. Это может быть либо оксид алюминия ( ), n-поликремний ( ) или п-поликремний ( ). Работа выхода полупроводника, что представляет собой разность энергий между вакуумным уровнем и фермиевским уровнем. уровень (см. рис.10.20), меняется в зависимости от допирования концентрация.

(10.199)

(10.200)

Рисунок 10.20: Диаграммы энергетических зон изолированных (плоских) МОП материалов

Выражение в ур. (10.199) визуализируется в инжир. 10.20. Аббревиатуры обозначают

Обратите внимание, что потенциал положителен в p-MOS и отрицательный в n-MOS, как показывает следующее уравнение.

(10.201)

Когда материал проводника затвора представляет собой сильно легированный поликристаллический кремний (также называемый поликремнием), то модель предполагает, что Уровень Ферми этого полупроводника такой же, как и зона проводимости. (для n-poly) или валентная зона (для p-poly). В глиноземе Ферми уровень, валентность и зона проводимости равны сродству к электрону.

Если нижняя емкость объемного перехода без смещения на квадратный метр площадь стыка не указана, ее можно рассчитать следующим образом.

(10.202)

Вот и все о физических параметрах. Параметры геометрии учитывать электрические параметры по длине, площади или объему. Таким образом, модель MOS масштабируема.

Сопротивление диффузии на стоке и затворе вычисляется следующим образом. Сопротивление листа относится к толщине диффузионного слоя. площадь.

(10.203)

Если ток насыщения объемного перехода на квадратный метр площадь соединения, а также участки стока и истока имеют соответствующие токи насыщения рассчитываются с помощью следующих уравнения.

(10.204)

Если параметры и не заданы нулевым смещением обедняющие емкости для емкости днища и боковины равны вычисляется следующим образом.



Модель слабого сигнала
Рисунок 10.21: Модель малого сигнала внутреннего МОП-транзистора

Емкости объемного стока и объемного истока в модели MOSFET разделены на три части: обедняющая емкость переходов, которая состоит из площади и боковой части и диффузионной емкости.

Диффузионные емкости переходов объемный сток и объемный исток определяются временем прохождения миноритарных сборов через соединение.

Хранение заряда в MOSFET состоит из емкостей, связанных с паразиты и внутреннее устройство. Паразитные емкости состоят из трех постоянных емкостей перекрытия. Собственные емкости состоят из нелинейной емкости тонкого оксида, которая распределена между затворной, сливной, истоковой и насыпной областями.Ворота MOS емкости, как нелинейная функция напряжений на клеммах, равны моделируется кусочно-линейной моделью Дж. Э. Мейера [15].

Зависимые от смещения емкости оксида затвора распределяются в соответствии с Модель Мейера [15] выглядит следующим образом.

  • отсеченных областей:

  • область насыщения:

с участием

(10.230)

В инверсном режиме работы и должен быть поменяется, меняет знак, то приведенные выше формулы могут быть тоже применяется.

Постоянные емкости перекрытия вычисляются следующим образом.

С помощью этих определений можно сформировать слабый сигнал Матрица Y-параметров внутреннего полевого МОП-транзистора в действующем точка, которая может быть преобразована в S-параметры.

(10.234)

с участием

Тепловой шум, создаваемый внешними резисторами, и характеризуется следующей спектральной плотностью.

(10.241)

Рисунок 10.22: шумовая модель внутреннего МОП-транзистора

Канальный и фликкер-шум, создаваемый крутизной по постоянному току а ток от стока к истоку характеризуется спектральным плотность

(10.242)

Матрица корреляции шумового тока (представление проводимости) собственный МОП-транзистор может быть выражен как

(10.243)

Это матричное представление легко преобразовать в шумовую волну. представление если S-параметр слабого сигнала матрица известна.

Температура влияет на некоторые параметры модели МОП, которые обновляются. согласно новой температуре. Эталонная температура в следующие уравнения обозначают номинальную температуру определяется моделью МОП-транзистора. Температурная зависимость и определяется

Влияние температуры на и моделируется

(10.246)

где зависимость уже описана в раздел 10.2.4 на стр. В температурная зависимость« и есть описывается следующими соотношениями

Температурная зависимость определяется соотношением

(10.251)

Аналогичная зависимость имеет место для.


Этот документ был создан Stefan Jahn на 30 декабря 2007 с использованием latex2html.
Полевой транзистор с переходом

(JFET) Модель

Тип модели

Транзистор

Подвид модели

JFET

Префикс SPICE

Дж

Формат шаблона списка цепей SPICE

@DESIGNATOR% 1% 2% 3 @MODEL & «КОЭФФИЦИЕНТ ОБЛАСТИ» & «УСЛОВИЯ ЗАПУСКА»? «НАЧАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ D-S» | IC = @ «НАЧАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ D-S», @ «НАЧАЛЬНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ G-S» | ? ТЕМПЕРАТУРА | ТЕМПЕРАТУРА = @ ТЕМПЕРАТУРА |

Параметры (задаются на уровне компонентов)

Следующие параметры уровня компонентов могут быть определены для этого типа модели и перечислены на вкладке «Параметры » диалогового окна Sim Model .Чтобы открыть это диалоговое окно, просто дважды щелкните запись для ссылки на имитационную модель в области Models диалогового окна Component Properties .

Коэффициент площади

указывает количество эквивалентных параллельных устройств указанной модели. Этот параметр влияет на ряд параметров модели.

Начальные условия

установлен в положение ВЫКЛ, чтобы установить нулевое напряжение на клеммах во время анализа рабочей точки.Может быть полезен как помощь в сближении.

Начальное напряжение D-S

напряжение нулевой точки на клеммах сток-исток (в вольтах).

Начальное напряжение G-S

напряжение нулевой точки на клеммах затвор-исток (в вольтах).

Температура

температура, при которой устройство должно работать (в градусах.C). Если значение не указано, будет использоваться значение по умолчанию, присвоенное параметру TEMP на странице «Параметры SPICE» диалогового окна «Настройка анализа» (по умолчанию = 27).

Параметры (задаются в файле модели)

Ниже приводится список параметров, которые могут быть сохранены в соответствующем файле модели:

ВТО

пороговое напряжение VTO (в вольтах). (По умолчанию = -2,0).

БЕТА

параметр крутизны β (в A / V 2 ).(По умолчанию = 1.0e-4)

LAMBDA

параметр модуляции длины канала λ (в 1 / В). (По умолчанию = 0).

РД

омическое сопротивление стока (в Ом). (По умолчанию = 0).

RS

омическое сопротивление источника (в Ом). (По умолчанию = 0).

CGS

Емкость перехода G-S при нулевом смещении C GS (в фарадах). (По умолчанию = 0).

CGD

Емкость G-D перехода при нулевом смещении C GD (в Фарадах). (По умолчанию = 0).

ПБ

потенциал затвора (в вольтах).(По умолчанию = 1).

IS

ток насыщения затворного перехода I S (в амперах). (По умолчанию = 1.0e-14).

Б

параметр допинг-хвоста (по умолчанию = 1).

КФ

Коэффициент мерцания

(по умолчанию = 0).

AF

показатель степени мерцания шума (по умолчанию = 1).

FC

Коэффициент

для формулы истощающей емкости прямого смещения (по умолчанию = 0,5).

ТНОМ

параметр измеряемой температуры (в ° C)
— Если значение не указано, будет использоваться значение по умолчанию, присвоенное TNOM на странице «Параметры SPICE» диалогового окна «Настройка анализа» (по умолчанию = 27).

Банкноты

  1. Модель полевого транзистора основана на модели полевого транзистора Шичмана и Ходжеса.
  2. Значения для начального напряжения D-S и начального напряжения G-S применяются только в том случае, если параметр Use Initial Conditions включен на странице Transient / Fourier Analysis Setup диалогового окна Analyses Setup .
  3. Коэффициент площади влияет на следующие параметры модели:
  • параметр крутизны ( BETA )
  • омическое сопротивление стока ( RD )
  • омическое сопротивление источника ( RS )
  • Емкость перехода G-S при нулевом смещении ( CGS )
  • емкость G-D перехода при нулевом смещении ( CGD )
  • ток насыщения затворного перехода ( IS )
  1. Если коэффициент площади опущен, значение 1.0 предполагается.
  2. Ссылка на необходимый файл модели ( * .mdl ) указывается на вкладке Model Kind диалогового окна Sim Model. Имя модели используется в списке соединений для ссылки на этот файл.
    Если параметр имеет указанное значение по умолчанию (как часть определения модели SPICE), это значение по умолчанию будет использоваться, если значение не введено специально. Значение по умолчанию должно быть применимо к большинству моделей. Обычно изменять это значение не требуется.

Примеры

Рассмотрим JFET на изображении выше со следующими характеристиками:

  • Контакт1 (сток) подключен к сети D
  • Pin2 (Gate) подключен к сети G
  • Pin3 (Источник) подключен к сети S
  • Обозначение: J1
  • Связанный файл имитационной модели — 2N4393.mdl .

Если значения не введены для параметров в диалоговом окне Sim Model, записи в списке соединений SPICE будут:

* Список цепей на схеме:
J1 D G S 2N4393
.
.
* Модели и подсхема:
.MODEL 2N4393 NJF (VTO = -1,422 BETA = 0,009109 LAMBDA = 0,006 RD = 1 RS = 1 CGS = 4.06E-12
+ CGD = 4.57E-12 IS = 2.052E-13 KF = 1.23E-16)

и механизм SPICE будут использовать указанную информацию о параметрах, определенную в файле модели, вместе со значениями параметров по умолчанию, присущими модели, для тех параметров, которые не указаны в файле.
Если следующие значения параметров были указаны на вкладке Parameters диалогового окна Sim Model :

  • Коэффициент площади = 4
  • Температура = 29

, то записи в списке соединений SPICE будут:

* Список цепей на схеме:
J1 D G S 2N4393 4 TEMP = 29
.
.
* Модели и подсхема:
.MODEL 2N4393 NJF (VTO = -1,422 BETA = 0,009109 LAMBDA = 0,006 RD = 1 RS = 1 CGS = 4.06E-12
+ CGD = 4.57E-12 IS = 2,052E-13 KF = 1,23E-16)

В этом случае механизм SPICE будет использовать эту информацию вместе с указанными параметрами, определенными в файле модели (и любыми значениями по умолчанию для параметров, которые не указаны).

Поддержка PSpice

Чтобы сделать эту модель устройства совместимой с PSpice, поддерживаются следующие дополнительные параметры модели, которые можно ввести в связанный файл модели ( * .mdl ) для устройства:

АЛЬФА

Коэффициент ионизации

(в Вольт-1).(По умолчанию = 0).

BETATCE

Экспоненциальный температурный коэффициент BETA (в А / В2). (По умолчанию = 1E-4).

ISR

параметр тока рекомбинации p-n затвора (в амперах). (По умолчанию = 0).

М

Градуировочный коэффициент

ворот p-n.(По умолчанию = 0,5).

затвор p-n коэффициент излучения. (По умолчанию = 1).

коэффициент выбросов для иср. (По умолчанию = 2).

ВК

напряжение колена ионизации (в вольтах). (По умолчанию = 0).

VTOTC

Температурный коэффициент VTO (в вольт / ˚C).(По умолчанию = 0).

XTI

Температурный коэффициент IS. (По умолчанию = 3).

Если параметр имеет указанное значение по умолчанию, это значение по умолчанию будет использоваться, если значение не введено специально.

Формат файла модели PSpice:

  • .MODEL ModelName NJF (параметры модели) - N-channel JFET
  • .MODEL ModelName PJF (параметры модели) - P-channel JFET

где

  • ModelName — это имя модели, ссылка на которую указана на вкладке Model Kind диалогового окна Sim Model .Это имя используется в списке соединений ( @MODEL ) для ссылки на требуемую модель в файле связанной модели.
  • Параметры модели — это список поддерживаемых параметров модели, вводимых со значениями по мере необходимости.

Следующие параметры — общие для большинства устройств в PSpice — не поддерживаются:
T_ABS
T_MEASURED
T_REL_GLOBAL
T_REL_LOCAL .

Для примера использования PSpice-совместимой модели диода в моделировании см. Пример проекта JFET.PrjPCB.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Завышение подвижности из-за стробирующих контактов в органических полевых транзисторах

Материальные и электрические соображения

Для этого исследования мы охарактеризовали электрические свойства монокристаллических рубреновых полевых транзисторов, изготовленных с нижним контактом и геометрией нижнего затвора (рис. . 1b). Геометрия нижнего контакта упрощает распределение электрического поля и перекрывающую емкость между затвором и истоком / стоком, а также исключает перенос заряда в направлении вне плоскости в OSC.Рубрен был выбран потому, что его монокристаллы демонстрируют почти идеальные транзисторные характеристики и полезны для фундаментальных исследований 13 . Монокристаллы малых молекул имеют более низкий молекулярный беспорядок и более прямые пути переноса, чем тонкие полимерные пленки, которые включают свертку пи-пи и транспорт основной цепи. Кроме того, монокристаллы не имеют ярко выраженных границ зерен, которые могут привести к большим перепадам потенциала в канале, как в случае поликристаллических тонких пленок из низкомолекулярных полупроводников 14,15 .Микрофотография готового полевого транзистора приведена на рис. 1в.

Вольт-амперная характеристика

Постоянный ток. I D V GS Характеристики устройства, смещенного в режиме насыщения напряжением V DS = −20 V, показаны на рис. 1a. Для насыщения (| V DS |> | V GS V th |) и линейного (| V DS | <| V GS V th |) вольт-амперные характеристики изменяются от высокого наклона к низкому наклону при увеличении напряжения смещения затвора от 0 В.Перегиб, где происходит изменение наклона, около -6 В в характеристиках насыщения, позволяет нам определить две области: одну при небольшом смещении затвора (0> В GS > −6 В) с большим наклоном и другую при большом смещение затвора (−20 В < В GS <−7 В) с небольшим наклоном. Такое поведение отличается от идеального поведения полевого транзистора, описываемого уравнениями (1) и (2), где наклон постоянен с V GS ( I D V GS в линейном режиме и I D 1/2 V GS в режиме насыщения.Наклон и пересечение линейных соответствий для данных I V обеспечивают совокупные значения подвижности и порогового напряжения при оценке в модели MOSFET. В режиме насыщения эти аппроксимации дают подвижность 6 см 2 В −1 с −1 и пороговое напряжение −2 В при низком смещении затвора и 0,9 см 2 В −1 с −1 и 8 В при высоком смещении затвора. Извлеченная подвижность отличается на ∼6 × и В th отличается на 10 В.

Подвижность как функция напряжения затвора была извлечена с использованием модели MOSFET для режимов насыщения ( В DS = -20 В) и линейного ( В DS = -0,1 В) режимов и представлена ​​на рис. . 2а, б. Значения дифференциальной подвижности, извлеченные из модели полевого МОП-транзистора, почти постоянны для −20 В < В GS <−10 В, но возрастают до пика при В GS ≈ −5 В. Гистерезис, вероятно, из-за скромное улавливание заряда в канале транзистора, невелико.Прямая и обратная развертки показывают сопоставимое изменение подвижности со смещением затвора. Подвижности в линейном режиме и режиме насыщения имеют одинаковую величину и вариацию в зависимости от смещения затвора, что создает неоднозначность в отношении внутренней подвижности канала транзистора.

Рисунок 2: Завышение мобильности.

«Подвижность», как определено в уравнениях (1) и (2), отображается в режиме насыщения ( a ) и линейном ( b ) как функция смещения затвора, увеличивая направление смещения сплошными линиями и перевернуть пунктирными линиями.Подобные результаты были получены для 30 транзисторов, измеренных в ходе этого исследования.

В нескольких устройствах, которые мы изготовили с использованием номинально одного и того же метода обработки, расхождение в подвижности достигло 14 ×. Мы включили два примера в Дополнительный Рис. 1. Для контраста мы также включили образец, приготовленный на платиновых контактах, который показывает почти идеальное поведение на Дополнительном Рис. 2. Мы повторно исследовали данные из нескольких ссылок 1,3,5, 6,7,9,10,11,16 с аналогичным расхождением между областями высокого и низкого смещения затвора путем применения уравнений (1) и (2) к нашим оценкам из наклонов опубликованных характеристик I V .Сравнение, представленное на рис. 3, показывает, что для большинства изученных данных пиковая подвижность составляет от ~ 3 × до 5 × от совокупной подвижности, рассчитанной при высоком смещении затвора; с наибольшим несоответствием 18 ×. Важно отметить, что значения подвижности, рассчитанные с использованием модели MOSFET, являются параметрами скалярной подгонки, а не внутренними параметрами материала. При поиске в литературе мы постарались включить данные о полимерах, малых молекулах, а также полупроводниках с различной шириной запрещенной зоны, но не обнаружили корреляции между этим поведением и типом материала.

Рисунок 3: Преобладание завышенной оценки мобильности.

Наши оценки пиковой подвижности, μ пик , при низком смещении затвора и совокупной подвижности, μ agg , рассчитанных для более высокого смещения затвора с использованием уравнений MOSFET, примененных к ручной подгонке опубликованных данных 1,3 , 5,6,7,9,10,11,16 . Мы также включаем наши данные из рис. 1а и дополнительных рисунков (SI) 1b, 1d и 2. Полимеры обозначены закрашенными символами, а маленькие молекулы обозначены открытыми символами.В отдельных статьях показано изменение крутизны крутизны от высокого к низкому, когда смещение затвора увеличивается либо в режиме насыщения, либо в линейном режиме для проводимости p-типа. Линии служат ориентиром и показывают отношение максимального значения смещения затвора к значению высокого смещения затвора.

Объяснения этого неидеального поведения различаются в литературе. Некоторые предположили, что при низком смещении затвора накопительный слой не плотно ограничен границей раздела и простирается в объем, где меньше влияние беспорядка, связанного с границей раздела OSC / диэлектрик.При более высоком смещении затвора заряды ограничиваются границей раздела при высоких полях затвора, и подвижность уменьшается из-за повышенного беспорядка 1 , заряды захватываются диэлектриком затвора в сильном поле 17 или что высокая плотность носителей вызывает кулоновские взаимодействия между обвинениями 18 . В других отчетах предполагалось, что высокое сопротивление контакта ограничивает ток при высоком смещении затвора, когда сопротивление канала и контакта становятся сопоставимыми 19 .Однако эта последняя интерпретация не согласуется с наблюдениями нескольких других групп, которые сообщают об уменьшении контактного сопротивления с увеличением смещения затвора 20,21 . Исследователи, изучающие амбиполярный режим работы, предположили, что этот эффект может быть вызван отрицательным заполнением ловушек в материалах с малой шириной запрещенной зоны 16 , которые мы обсудим ниже.

Для дальнейшего анализа наших результатов в контексте модели MOSFET мы используем совокупную мобильность и V th , показанные на рис.1a для двух различных областей, чтобы вычислить I D по сравнению с V DS при различных V GS с использованием уравнений (1) и (2). Расчетные значения для I D ( V DS , V GS ) показаны на рис. 4a, b и показывают, что классическое соотношение MOSFET, описывающее I D ( V DS ) не соответствует измеренным характеристикам.Наилучшее согласие с измеренными данными получается при использовании совокупной подвижности ( μ сат = 0,9 см 2 В -1 с -1 ) и соответствующего порогового напряжения ( В th = +8 В) для высокого смещения затвора.

Рисунок 4: Сравнение результатов оценки мобильности.

Измерено I D в сравнении с графиками V DS в сравнении с графиками, рассчитанными по уравнениям (1) и (2) с использованием извлеченной подвижности и V th , полученным из подгоночных линий к измеренным данным в Инжир.1а для устройства, смещенного по насыщению в двух различных областях; ( a ) высокое смещение затвора и ( b ) низкое смещение затвора.

Анализ импеданса

Мы использовали спектроскопию импеданса, чтобы охарактеризовать и выделить компоненты транзистора для линейного режима (измерено при В, DS = 0 В), чтобы выяснить, что управляет работой устройства в различных диапазонах смещения затвора. В GS . Данные импеданса были проанализированы с использованием комбинации линии передачи для моделирования канала транзистора и параллельной RC-цепи для моделирования контактов ( R C и C C ),

, показанное на рис.5, где Z dist — полное сопротивление канала транзистора, а Z C — контактное сопротивление. Канал транзистора был разделен на элементы длиной dx ; сопротивление и емкость на площадь,

Рисунок 5: Модель импеданса транзистора.

Эквивалентная схема, используемая для моделирования переменного тока поведение транзистора.

, где r — сопротивление листа, а c I — межфазная емкость на площадь.Из-за конструкции эксперимента контактное сопротивление не зависит от частоты, тогда как сопротивление распределенного канала зависит от частоты, и они легко разделяются. Модель линии передачи была показана Хамадани и др. . 22 для успешного анализа поли (3-гексилтиофен) транзисторов, если включен Z C .

Канал и контактное сопротивление были извлечены для обратной кривой (от отрицательного к положительному V GS ) путем подгонки уравнения (3) к данным импеданса и показаны на рис.6а как функция смещения затвора. Дополнительные сведения о моделировании данных импеданса включены в дополнительные рисунки 3 и 4. Сопротивление канала изменяется как 1/ В GS во всем диапазоне смещения. Эта функциональная зависимость согласуется с работой полевого МОП-транзистора с линейной областью, определяемой уравнением (1). Контактное сопротивление демонстрирует ярко выраженную зависимость от смещения затвора в небольшом диапазоне смещения (0 В> В GS > −6 В), где R C экспоненциально уменьшается в ∼5000 раз при амплитуде V G увеличивается.При высоком смещении затвора (-10> В GS > -20 В) контактное сопротивление остается на постоянном низком значении. Эта функциональная зависимость контактного сопротивления от смещения затвора наиболее согласуется с зависимостью стробируемого контакта Шоттки, где относительно резкий переход от термоэлектронной к термоэлектронно-полевой эмиссии и, наконец, к автоэлектронной эмиссии (туннелирование) приводит к экспоненциальному уменьшению и плато контакта сопротивление. Накопление заряда в канале обеспечивает необходимые условия для процесса туннельной инжекции и аналогично образованию высоколегированной контактной области, которая значительно уменьшает эту обедненную область, образовавшуюся на границе раздела металл-полупроводник, и обеспечивает эффективную инжекцию.

Рисунок 6: Сравнение сопротивления контакта и канала.

( a ) R C и R ch Значения, извлеченные из подгонок к данным импеданса с использованием уравнения (3) для обратной развертки (от отрицательного к положительному V GS ) в линейном режиме . ( b ) График ВАХ (синий) для В DS = −0,1 В, развертка от отрицательного к положительному, вместе с графиком R C / R T и R шасси / R T .

На рисунке 6b показано графическое сравнение I D ( V GS ), смещенного в линейном режиме при малых V DS ( V DS = -0,1 В) с канальное и контактное сопротивление как доли от общего сопротивления ( R T = R ch + R C ). Это сравнение лучше всего иллюстрирует влияние R C ( V GS ) на характеристики I– V для этого устройства.Большое изменение контактного сопротивления при низком смещении затвора коррелирует с высокой крутизной ( g m = d I D / d V GS ) характеристик транзистора I V и с пиком дифференциальной подвижности, рис. 2б. При высоком смещении затвора R C является низким (≈10 3 Ом) относительно сопротивления канала (≈10 5 Ом) и почти постоянным. В этом же режиме смещения мы наблюдаем почти линейное поведение I D ( V GS ) и выравнивание дифференциальной подвижности, извлеченной из характеристик I V .Таким образом, мы заключаем, что пик подвижности при В GS ≈ −5 В является результатом экспоненциального изменения контактного сопротивления относительно более медленно меняющегося сопротивления канала.

Давно известно, что электрический контакт между металлами и органическими полупроводниками оказывает сильное влияние на работу и внешние характеристики органических электронных устройств 17,23,24,25,26,27,28 . Измерения с помощью OFET контактного сопротивления 26,28 и локального потенциала 14,29,30 показывают, что граница раздела металл-органический полупроводник может быть значительным источником падения потенциала на инжекционном контакте и может сильно влиять на I — Характеристики В .В частности, на поведение транзистора может значительно повлиять инжекция заряда с металлического электрода в канал OFET из-за большой плотности тока (в 10 6 раз больше, чем для диодов, таких как светоизлучающие диоды и фотоэлектрические устройства). влияние контактного сопротивления на OFET, смоделированное с использованием барьера Шоттки или малоподвижных областей на контакте, показывает, что R C может зависеть от напряжения затвора, что значительно влияет на результирующий ток-напряжение ( I V ) характеристика 31 .

Влияние стробируемого контакта источника на работу полевого транзистора ранее наблюдалось и / или индуцировалось в устройствах, основанных на большом количестве материалов. Например, полевые транзисторы на основе поли- и аморфного кремния и оксида цинка с контактами Шоттки (управляемые транзисторы с истоком или барьерные транзисторы Шоттки) были разработаны с учетом преимуществ высокой крутизны и низкой выходной проводимости для конкретных схемных приложений 32,33,34,35 . То, как контакт влияет на работу, зависит от многих факторов.Полевые транзисторы из углеродных нанотрубок и полевые транзисторы с двумерными слоями аналогичны органическим полевым транзисторам в том, что обычное легирование контактной области является сложной задачей, а контакты Шоттки обычно формируются в полупроводнике 36,37 . Исследования инжекции и транспорта на бывших устройствах 36,37 сообщают о барьерах инжекции, которые обычно меньше 0,3 эВ, и переходе от термоэлектронной к термоэлектронно-полевой эмиссии к полевой эмиссии (туннелирование) с приложенным напряжением, которое менее резкое, чем мы сообщаем здесь. для монокристаллических полевых транзисторов из рубрена.Мы ожидаем, что полевые транзисторы с ярко выраженной зависимостью крутизны от смещения являются результатом большего барьера инжекции и в устройствах, где величина сопротивления канала попадает в диапазон экспоненциально уменьшающегося контактного сопротивления. Органические полупроводники с высокой подвижностью с контактами, имеющими большие барьеры для инжекции, по-видимому, подвержены этому специфическому эффекту. Точно так же такой эффект может присутствовать, но не всегда наблюдается в малоподвижных органических полевых транзисторах, поскольку переход, вероятно, произойдет в подпороговой области.Как минимум, большой барьер для инъекций ожидается в устройствах, демонстрирующих амбиполярную работу, и подтверждает, что контакты с большими барьерами для инъекций менее избирательны, чем предполагалось 6,7 .

Амбиполярное поведение часто наблюдается в OSC с малой шириной запрещенной зоны. Плохая селективность заряда контактов, которая способствует амбиполярному поведению, может в соответствующих условиях напряжения смещения привести к инжекции и захвату электронов. Недавно было высказано предположение 16 , что захват электронов в условиях смещения может вносить вклад в неидеальное поведение и приводить к переоценке подвижности эффекта поля.Наиболее вероятным механизмом является то, что вольт-амперные характеристики отражают неравновесные условия измерения, когда захваченный заряд не нейтрализуется введенным противодействующим зарядом. Это позволяет квазиуровню Ферми быстрее перемещаться через запрещенную зону, а ток возрастает быстрее с увеличением смещения затвора, чем в условиях равновесия. Такое улавливание заряда только еще больше повысило бы крутизну с управляемым контактом, о которой мы сообщаем здесь для широкозонных органических полупроводников, из-за возникающей в результате электростатики, которая препятствует сжатию обедненной области на границе раздела барьера Шоттки и эффективной инжекции заряда.Неидеальное поведение амбиполярных полевых транзисторов с малой шириной запрещенной зоны согласуется с обоими закрытыми контактами Шоттки, что дополнительно усиливается захватом электронов, а также измерениями, выполненными в неравновесных условиях. Чтобы разобраться в таких эффектах в этих системах, требуется более подробное и тщательное исследование.

Хотя в крутизне нашего транзистора преобладает активированный затвором R C для низкого смещения затвора, измерения импеданса дали нам доступ к поведению канала в этой области.Мы можем использовать это для расчета истинной подвижности канала устройства выше кажущегося порогового напряжения устройства, которое соответствует резкому включению емкости канала, показанному на рис. 7a. Подвижность канала может быть рассчитана на основе накопленного заряда в канале транзистора Q I и поверхностного сопротивления r в канале с использованием уравнения (8) и результатов моделирования импеданса 38 . Подвижность канала, рассчитанная для низкого смещения затвора из канала r и Q I , изображенная на рис.7b показывает, что подвижность канала медленно увеличивается в этом диапазоне до постоянного значения и не показывает ярко выраженного пика, как в дифференциальной подвижности, извлеченной из характеристик устройства I V , проанализированных с помощью модели MOSFET. Этот основанный на импедансе анализ подвижности каналов дополнительно подтверждает наш вывод о том, что очевидная высокая подвижность обусловлена ​​влиянием зависимости напряжения затвора R C на общую крутизну устройства, а не изменением канала транзистора.

Рисунок 7: Определение мобильности.

( a ) Емкость в канале ( c A , где A — площадь транзистора). ( b ) Подвижность для обратной развертки (от отрицательной к положительной V GS ): дифференциальная подвижность (сплошная линия), рассчитанная на основе линейных характеристик транзистора с использованием уравнения (1) и подвижность (пунктирная линия), рассчитанная по формуле ( 8) с использованием свойств канала, полученных из подгонки к данным импеданса.

Проектирование, изготовление и оценка характеристик полевых транзисторов.

Abstract

Металлические полупроводниковые полевые транзисторы (MESFET) с длиной затвора 0,1 мкм и длиной затвора 50 нм были спроектированы, изготовлены и охарактеризованы для лучшего понимания физики устройства, представления эквивалентных схем и масштабирования. пределы глубоких субмикронных GaAs MESFET. Полевые транзисторы были изготовлены с использованием процесса двухслойной электронно-лучевой литографии.Параметры процесса, такие как длина затвора, ширина затвора и глубина травления в углублении затвора, систематически варьировались в GaAs MESFET, и в результате были получены характеристики устройства постоянного и высокочастотного сигналов, а также были охарактеризованы внешние и внутренние параметры эквивалентной схемы. После определения параметров эквивалентной схемы была исследована зависимость характеристик полевого транзистора от длины затвора, ширины затвора и глубины травления затвора. Параметры схемы были определены прямым извлечением с использованием измерений холодного полевого транзистора для расчета значений для внешних элементов.Измерения холода выполняются при $ V \ sb {ds} $ = 0 В, так что внутренняя часть устройства по существу отключена. Объяснена зависимость характеристик полевого транзистора от изменения процесса. Измерения S-параметров более высоких частот также проводились в диапазонах от 2,0 ГГц до 40,0 ГГц и от 75,0 ГГц до 110,0 ГГц. Измеренные S-параметры сравнивались с смоделированными S-параметрами из схемы замещения малосигнала. Целью этих измерений было более точное определение $ f \ sb {max} $ и исследование применимости эквивалентной схемы малосигнала на этих более высоких частотах.Устройства, которые были изготовлены и протестированы для этой диссертации, демонстрируют самые современные характеристики. Лучший MESFET с длиной затвора 0,1 $ \ mu $ m имеет внешнюю крутизну $ (g \ sb {m, ext}) $ 795 мСм / мм, частоту отсечки ($ f \ sb {t}) $ 103. ГГц и максимальная частота колебаний $ (f \ sb {max}) $ 172 ГГц. Лучший MESFET с длиной затвора 50 нм имеет внешнюю крутизну $ (g \ sb {m, ext}) $ 650 мСм / мм, частоту отсечки $ (f \ sb {t}) $ 130 ГГц и максимальную частоту колебания $ (f \ sb {max}) $ 187 ГГц.

Полевой транзистор режима расширения с N-каналом

% PDF-1.4 % 1 0 объект > эндобдж 5 0 obj / Title (NDS7002A — N-канальный полевой транзистор в режиме улучшения) >> эндобдж 2 0 obj > эндобдж 3 0 obj > эндобдж 4 0 obj > транслировать BroadVision, Inc.2021-08-05T11: 09: 32-07: 002021-07-21T14: 42: 45-07: 002021-08-05T11: 09: 32-07: 00application / pdf

  • NDS7002A — N-Channel Enhancement Режим полевого транзистора
  • на полу
  • Эти N-канальные полевые транзисторы с улучшенным режимом производится с использованием запатентованной onsemi, высокой плотности ячеек, DMOS технология.
  • Acrobat Distiller 21.0 (Windows) uuid: 2ccec719-6db6-442a-adbf-b638fa514490uuid: 57c00f59-892e-4740-8c10-99ed8c3dfdce конечный поток эндобдж 6 0 obj > эндобдж 7 0 объект > эндобдж 8 0 объект > эндобдж 9 0 объект > эндобдж 10 0 obj > эндобдж 11 0 объект > эндобдж 12 0 объект > эндобдж 13 0 объект > эндобдж 14 0 объект > эндобдж 15 0 объект > эндобдж 16 0 объект > эндобдж 17 0 объект > эндобдж 18 0 объект > эндобдж 19 0 объект > эндобдж 20 0 объект > эндобдж 21 0 объект > эндобдж 22 0 объект > эндобдж 23 0 объект > эндобдж 24 0 объект > транслировать HTVK6Z0 /) `A @ ܋ $> ŏeIY, 9WkKUҟ + WRNcHTGM_ ߶} tE

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *