МОП-транзистор: различия между версиями
[отпатрулированная версия] | [непроверенная версия] |
РоманСузи (обсуждение | вклад) автовикификация |
общем случае---Не в "общем случае", а кто как, потому как это одно и тоже. И вообще эти статьи (МОП и МДП) лучше объединить. |
||
Строка 1: | Строка 1: | ||
'''МОП-структура''' — структура используемая в производстве [[полевой транзистор|полевых транзисторов]]. Иначе эти приборы называют [[Полевой транзистор#Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)|МДП-транзисторами]] (от слов «металл-диэлектрик-полупроводник») ''или'' МОП-транзисторами (от слов «металл-оксид-полупроводник», {{lang-en|metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET}}), так как у таких транзисторов затвор отделён от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика, которым обычно служит слой [[Оксид кремния(IV)|диоксида кремния]] (SiO<sub>2</sub>), поэтому такие приборы часто называю транзисторами с изолированным затвором<ref name="Жеребцов, 120-121">''И. П. Жеребцов''. Основы электронники. Изд. 5-е, — Л., 1989. — С. 120—121.</ref>. |
|||
'''МОП-структура''' (металл — оксид — полупроводник) — наиболее широко используемый тип [[полевой транзистор|полевых транзисторов]]. Структура состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем [[Оксид кремния(IV)|диоксида кремния]] (SiO<sub>2</sub>). В общем случае структуру называют [[Полевой транзистор#Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы)|МДП]] (металл — диэлектрик — полупроводник). |
|||
В отличие от [[Биполярный транзистор|биполярных тразисторов]], управляемых как током так и напряжением, транзисторы на основе МОП-структуры, управляются ''только напряжением'', так как такие транзисторы обладают очень высоким входным сопротивлением. |
|||
Транзисторы на основе МОП-структур называют полевыми транзисторами с изолированным затвором, или МОП-транзисторами ({{lang-en|metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET}}). |
|||
Транзисторы на основе МОП-структур, в отличие от [[Биполярный транзистор|биполярных]], управляются напряжением, а не током и называются униполярными транзисторами, так как для их работы необходимо наличие носителей заряда только одного типа. |
|||
== Базовая классификация == |
== Базовая классификация == |
||
=== Тип канала === |
=== Тип канала === |
||
Наиболее распространены транзисторы с индуцированным каналом ({{lang-en|enhancement mode transistor}}): у них канал закрыт при нулевом напряжении исток-затвор. Именно их имеют в виду, когда не упоминают тип канала. |
|||
Встречаются МДП-транзисторы с собственным (или встроенным) ({{lang-en|depletion mode transistor}}) и индуцированным (или инверстным) каналом ({{lang-en|enhancement mode transistor}}). |
|||
В то время как в цифровой технике находят применение транзисторы с индуцированным каналом, где канал возникает только при подаче на затвор напряжение определённой полярности, а аналоговой технике находят применение транзисторы с собственным каналом, которые могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения<ref name="Жеребцов, 120-121" />. |
|||
=== Тип проводимости === |
=== Тип проводимости === |
||
Существует два типа проводимости канала: n-канальные и p-канальные. Тип проводимости определяется типом носителя заряда в канале: электрон либо «дырка». |
Существует два типа проводимости канала: n-канальные и p-канальные. Тип проводимости определяется типом носителя заряда в канале: электрон либо «дырка». |
||
Строка 26: | Строка 26: | ||
=== Особые случаи === |
=== Особые случаи === |
||
Существуют транзисторы с несколькими затворами. |
Существуют транзисторы с несколькими затворами. |
||
Строка 31: | Строка 32: | ||
== Условные графические обозначения == |
== Условные графические обозначения == |
||
Условные графические обозначения полупроводниковых приборов регламентируются ГОСТ 2.730-73<ref name=gost2730>[https://www.google.ru/#newwindow=1&q=%D0%B3%D0%BE%D1%81%D1%82+2.730-73 ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые |
Условные графические обозначения полупроводниковых приборов регламентируются ГОСТ 2.730-73<ref name=gost2730>[https://www.google.ru/#newwindow=1&q=%D0%B3%D0%BE%D1%81%D1%82+2.730-73 ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые]</ref>. |
||
{| class="wikitable" |
{| class="wikitable" |
||
|- align=center |
|- align=center |
||
Строка 44: | Строка 47: | ||
|bgcolor=white| [[Файл:МОП-транзистор с встроенным n-каналом.png|80px]] |
|bgcolor=white| [[Файл:МОП-транзистор с встроенным n-каналом.png|80px]] |
||
|- |
|- |
||
|colspan=3|Условные обозначения: З — затвор (G — Gate), И — исток (S — Source), С — сток (D — Drain) |
|colspan=3|<small>Условные обозначения: З — затвор (G — Gate), И — исток (S — Source), С — сток (D — Drain)</small> |
||
|} |
|} |
||
Хотя формально разделение индуцированного и встроенного каналов предусмотрено на условном графическом обозначении, на практике оно довольно часто не соблюдается. |
|||
== Особенности работы МОП транзисторов == |
== Особенности работы МОП транзисторов == |
||
[[Файл:MOSFET1.svg|right|thumb|300px]] |
[[Файл:MOSFET1.svg|right|thumb|300px]] |
||
[[Файл:ВАХМОП.JPG|right|thumb|300px|[[Вольт-амперная характеристика]] изменения тока стока в зависимости от изменения напряжения на входе.]] |
[[Файл:ВАХМОП.JPG|right|thumb|300px|[[Вольт-амперная характеристика]] изменения тока стока в зависимости от изменения напряжения на входе.]] |
||
Строка 65: | Строка 67: | ||
== Особенности подключения == |
== Особенности подключения == |
||
При подключении мощных MOSFET-транзисторов (особенно работающих на высоких частотах на пределе своих возможностей) используется стандартная обвязка транзистора: |
При подключении мощных MOSFET-транзисторов (особенно работающих на высоких частотах на пределе своих возможностей) используется стандартная обвязка транзистора: |
||
Строка 78: | Строка 81: | ||
== Примечания == |
== Примечания == |
||
{{примечания}} |
{{примечания}} |
||
== Ссылки == |
== Ссылки == |
||
* [http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/transistor/igbt_semi/index.htm Принципы работы мощных MOSFET- и IGBT-транзисторов] |
* [http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/transistor/igbt_semi/index.htm Принципы работы мощных MOSFET- и IGBT-транзисторов]. |
||
* Терещук Д. С. [http://masters.donntu.edu.ua/2001/fvti/tereschuk/diss/g2.htm Логическое моделирование СБИС на переключательном уровне] |
* ''Терещук Д. С''. [http://masters.donntu.edu.ua/2001/fvti/tereschuk/diss/g2.htm Логическое моделирование СБИС на переключательном уровне]. |
||
* Егоров А. [http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/transistor/mosfet_nxp.htm Применение MOSFET-транзисторов NXP Semiconductors в электронике] |
* ''Егоров А''. [http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/publ/transistor/mosfet_nxp.htm Применение MOSFET-транзисторов NXP Semiconductors в электронике]. |
||
{{rq|sources}} |
{{rq|sources}} |
Версия от 22:59, 27 октября 2014
МОП-структура — структура используемая в производстве полевых транзисторов. Иначе эти приборы называют МДП-транзисторами (от слов «металл-диэлектрик-полупроводник») или МОП-транзисторами (от слов «металл-оксид-полупроводник», англ. metal-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET), так как у таких транзисторов затвор отделён от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика, которым обычно служит слой диоксида кремния (SiO2), поэтому такие приборы часто называю транзисторами с изолированным затвором[1].
В отличие от биполярных тразисторов, управляемых как током так и напряжением, транзисторы на основе МОП-структуры, управляются только напряжением, так как такие транзисторы обладают очень высоким входным сопротивлением.
Базовая классификация
Тип канала
Встречаются МДП-транзисторы с собственным (или встроенным) (англ. depletion mode transistor) и индуцированным (или инверстным) каналом (англ. enhancement mode transistor).
В то время как в цифровой технике находят применение транзисторы с индуцированным каналом, где канал возникает только при подаче на затвор напряжение определённой полярности, а аналоговой технике находят применение транзисторы с собственным каналом, которые могут работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения[1].
Тип проводимости
Существует два типа проводимости канала: n-канальные и p-канальные. Тип проводимости определяется типом носителя заряда в канале: электрон либо «дырка».
Если транзистор n-канальный:
- он открывается положительным напряжением на затворе по отношению к истоку.
- паразитный диод в структуре канала катодом подсоединен к стоку, анодом — к истоку.
- канал обычно подсоединяют так, что на стоке более положительное напряжение, чем на истоке.
Если транзистор p-канальный:
- он открывается отрицательным напряжением на затворе по отношению к истоку.
- паразитный диод в структуре канала анодом подсоединен к стоку, катодом — к истоку.
- канал обычно подсоединяют так, что на стоке более отрицательное напряжение, чем на истоке.
Особые случаи
Существуют транзисторы с несколькими затворами.
Некоторые виды мощных переключательных транзисторов снабжаются специальным отводом от части канала с целью контроля тока через транзистор. Такой прием позволяет избежать дополнительных потерь на внешних токоизмерительных шунтах.
Условные графические обозначения
Условные графические обозначения полупроводниковых приборов регламентируются ГОСТ 2.730-73[2].
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
В униполярных транзисторах управляющим сигналом является разность потенциалов на участке затвор-исток.
При изменении входного напряжения () изменяется состояние транзистора и
- Транзистор закрыт
- Крутой участок.
- — удельная крутизна характеристики транзистора.
- Дальнейшее увеличение приводит к переходу на пологий участок.
- — Уравнение Ховстайна.
Особенности подключения
При подключении мощных MOSFET-транзисторов (особенно работающих на высоких частотах на пределе своих возможностей) используется стандартная обвязка транзистора:
- 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 защищает от самооткрывания транзистора при превышении скорости нарастания напряжения на выводах Сток-Исток (Drain-Source).
- Быстрый защитный диод, включённый параллельно истоку-стоку (обратное включение), для шунтирования импульса тока, образующегося при отключении индуктивной нагрузки.
- 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.
- Резистор, включённый между истоком и затвором, для сброса заряда с затвора. Затвор удерживает электрический заряд как конденсатор, и после снятия управляющего сигнала MOSFET-транзистор 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.
- 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.
- 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.
- Управление мощным MOSFET-транзистором, 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 тысяч пикофарад, для быстрой её зарядки требуется ток в единицы ампер.
- 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 мосфет-транзисторами в мостовых схемах. Совмещение драйвера с оптопарой в одном корпусе упрощает разработку и монтаж схемы, уменьшает габариты изделия, его стоимость и т. д.
- В сильно зашумлённых или находящихся под большим током цепях к выходу микросхем, основанных на MOSFET-структурах, подключают два обратно включённых диода Шоттки, т. н. диодную вилку (один диод — с общего провода на вход, другой — со входа на шину питания) для предотвращения явления «защёлкивания» МОП-структуры.
Примечания
- ↑ 1 2 И. П. Жеребцов. Основы электронники. Изд. 5-е, — Л., 1989. — С. 120—121.
- ↑ ГОСТ 2.730-73 ЕСКД. Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые
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:
|