WikiSort.ru - Не сортированное

МОП-структура — полупроводниковая структура, применяемая при производстве микросхем и дискретных полевых транзисторов. Полупроводниковые приборы на основе этой структуры называют МОП-транзисторами (от слов «металл-оксид-полупроводник», англ. metal-oxide-semiconductor field effect transistor, сокращенно «MOSFET»), МДП-транзисторами (от слов «металл-диэлектрик-полупроводник») или транзисторами с изолированным затвором (так как у таких транзисторов затвор отделён от канала тонким слоем диэлектрика).^[1]

В отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током, транзисторы с изолированным затвором управляются напряжением, так как, по причине изолированного управляющего электрода (затвора) такие транзисторы обладают очень высоким входным сопротивлением.

Базовая классификация

Условные графические обозначения

Условные графические обозначения полупроводниковых приборов регламентируются ГОСТ 2.730-73^[3].

	Индуцированный канал	Встроенный канал
P-канал
N-канал
Условные обозначения: З — затвор (G — Gate), И — исток (S — Source), С — сток (D — Drain)

Особенности работы МОП транзисторов

Полевые транзисторы управляются напряжением, приложенным к затвору транзистора относительно его истока.

${\displaystyle I_{c}=I_{u}}$

${\displaystyle I_{3}\to 0}$

При изменении этого напряжения (${\displaystyle U_{3u}}$ ) изменяется состояние транзистора и ток стока (${\displaystyle I_{c}}$ ).

1. Для транзисторов с каналом n-типа при ${\displaystyle U_{3u}<U_{nop}\,,I_{c}=0}$ транзистор закрыт;
2. При ${\displaystyle U_{3u}>U_{nop}}$ транзистор открывается и рабочая точка находится на нелинейном участке управляющей (стокозатворной) характеристики полевого транзистора

   ${\displaystyle I_{c}=K_{n}[(U_{3u}-U_{nop})U_{cu}-{\frac {U_{cu}^{2}}{2}}]}$

   ${\displaystyle K_{n}}$ — удельная крутизна характеристики транзистора;

3. При дальнейшем увеличении управляющего напряжения (${\displaystyle U_{3u}}$ ) рабочая точка переходит на линейный участок стокозатворной характеристики

   ${\displaystyle I_{c}={\frac {K_{n}}{2}}[U_{3u}-U_{nop}]^{2}}$ — Уравнение Ховстайна.

Особенности подключения

При подключении мощных MOSFET (особенно работающих на высоких частотах на пределе своих возможностей) используется стандартная обвязка транзистора:

1. RC-цепочка (снаббер), включённая параллельно истоку-стоку, для подавления высокочастотных колебаний и мощных импульсов тока, возникающих при переключении транзистора из-за индуктивности подводящих шин. Высокочастотные колебания и импульсные токи увеличивают нагрев транзистора и могут вывести его из строя (если транзистор работает на пределе своих тепловых возможностей). Снаббер также уменьшает скорость нарастания напряжения на выводах сток-исток, чем защищает транзистор от самооткрывания через проходную емкость.
2. Быстрый защитный диод, включённый параллельно истоку-стоку (обратное включение), для шунтирования импульса тока, образующегося при отключении индуктивной нагрузки.
3. Если транзисторы работают в мостовой или полумостовой схеме на высокой частоте (сварочные инверторы, индукционные нагреватели, импульсные источники питания), то помимо защитного диода в цепь стока встречно включается диод Шоттки для блокирования паразитного диода. Паразитный диод имеет большое время запирания, что может привести к сквозным токам и выходу транзисторов из строя.
4. Резистор, включённый между истоком и затвором, для сброса заряда с затвора. Затвор удерживает электрический заряд как конденсатор, и после снятия управляющего сигнала MOSFET может не закрыться (или закрыться частично, что приведёт к повышению его сопротивления, нагреву и выходу из строя). Величина резистора подбирается таким образом, чтобы не мешать управлению транзистором, но в то же время как можно быстрее сбрасывать электрический заряд с затвора.
5. Защитные диоды (супрессоры) параллельно транзистору и его затвору. При превышении напряжения питания на транзисторе (или при превышении управляющего сигнала на затворе транзистора) выше допустимого, например при импульсных помехах, супрессор срезает опасные выбросы и спасает транзистор.
6. Резистор, включённый в цепь затвора, для уменьшения тока заряда затвора. Затвор мощного полевого транзистора обладает достаточно высокой ёмкостью, представляет из себя фактически конденсатор ёмкостью несколько десятков нФ, что приводит к значительным импульсным токам в момент зарядки затвора (единицы ампер). Большие импульсные токи могут повредить схему управления затвором транзистора.
7. Управление мощным MOSFET, работающем в ключевом режиме на высоких частотах осуществляют с помощью драйвера — специальной схемы или готовой микросхемы, усиливающей управляющий сигнал и обеспечивающей большой импульсный ток для быстрой зарядки затвора транзистора. Это увеличивает скорость работы транзистора. Ёмкость затвора мощного силового транзистора может достигать десятков нанофарад. Для быстрой её зарядки требуется ток в единицы ампер.
8. Также используются оптодрайверы — драйверы совмещённые с оптопарами. Оптодрайверы обеспечивают гальваническую развязку силовой схемы от управляющей, защищая её в случае аварии. А также обеспечивают гальваническую развязку земли при управлении верхними MOSFET в мостовых схемах. Совмещение драйвера с оптопарой в одном корпусе упрощает разработку и монтаж схемы, уменьшает габариты изделия, его стоимость и т. д.
9. В сильно зашумлённых или находящихся под большим током цепях к входам микросхем, основанных на MOSFET структурах, подключают по паре диодов Шоттки, включённых в обратном направлении, т. н. диодную вилку (один диод — между входом и общей шиной, другой — между входом и шиной питания) для предотвращения явления «защёлкивания» МОП-структуры. Однако, в некоторых случаях, применение диодной вилки может привести к нежелательному эффекту "паразитного питания" (при отключении питающего напряжения диодная вилка может работать как выпрямитель и продолжать питать схему).

Примечания

Ссылки

• Принципы работы мощных MOSFET- и IGBT-транзисторов.
• Терещук Д. С. Логическое моделирование СБИС на переключательном уровне.
• Егоров А. Применение MOSFET-транзисторов NXP Semiconductors в электронике.

Для улучшения этой статьи желательно: Проставив сноски, внести более точные указания на источники.