Моп-структура

MOSFET-транзисторы DirectFET второго поколения

Очередной шаг в улучшении рабочих характеристик силового коммутатора представляют собой транзисторы, выполненные по специальной технологии корпусирования DirectFET. В таблице 4 представлены основные характеристики тех транзисторов DirectFET, кристаллы которых выполнены по новой технологии Gen10.59. Такие транзисторы также называются транзисторами DirectFET второго поколения или DirectFET2.

Таблица 4. MOSFET-транзисторы DirectFET 2  

Наименование BVDSS, В RDS(on) (VGS = 10 В), мОм, не более RDS(on) (VGS = 4,5 В), мОм, не более ID (TA = 25°C), A Qg (тип), нКл Типоразмер
корпуса
IRF6715M 25 1,6 2,7 34 40,0 MX
IRF6716M 25 1,6 2,6 39 39,0 MX
IRF6714M 25 2,1 3,4 29 29,0 MX
IRF6713S 25 3,0 4,5 22 21,0 SQ
IRF6712S 25 4,9 8,7 17 12,0 SQ
IRF6720S2 30 8,0 12,8 11 7,9 S1
IRF6709S2 25 7,8 13,5 12 8,1 S1
IRF6710S2 25 7,6 14,0 12 8,5 S1
IRF6721S 30 5,1 8,5 14 11,0 SQ
IRF6722S 30 4,7 8,0 13 11,0 ST
IRF6722M 30 4,7 8,0 13 11,0 MP
IRF6724M 30 1,9 2,7 27 33,0 MX
IRF6725M 30 1,7 2,4 28 36,0 MX
IRF6726M 30 1,3 1,9 32 51,0 MT
IRF6717M 30 1,25 2,1 38 46,0 MX
IRF6727M 30 1,2 1,8 32 49,0 MX

Отличия конструкции и расположение выводов использующихся здесь типоразмеров корпусов DirectFET представлены на рисунке 4.

Рис. 4. Внешний вид и расположение выводов транзисторов DirectFET 2 

В дополнение к уже рассмотренным преимуществам, которые дает технология Gen10.59, транзисторы DirectFET также предлагают множество других преимуществ, основанных на особенностях конструкции их корпусов. По сути, они представляют собой изготовленный особым образом кристалл, дополненный сверху медной крышкой-кожухом. В верхней части кристалла размещена контактная площадка стока (скрыта кожухом), а в нижней — затвора и истока (видны в нижней части корпуса). Сток кристалла электрически соединен с кожухом и, поэтому, последний также выполняет роль выводов стока. Кристалл крепится к кожуху с помощью компаунда. Благодаря такой конструкции достигнуто снижение высоты корпуса до 0,7 мм и существенно улучшен показатель эффективности корпуса (отношение площадей кристалла и корпуса). У транзисторов DirectFET этот показатель достигает 90%. Другая особенность конструкции транзисторов DirectFET заключается в том, что у них не используется разварка кристалла — контактные площадки напрямую соединены с кристаллом. Благодаря этому, исключены свойственные другим корпусам электрические и тепловые сопротивления элементов, обеспечивающих подключение кристалла к выводам на корпусе. Эта особенность также позволила свести до минимума паразитную индуктивность выводов транзистора, и поэтому они обеспечивают более высокое качество переходных процессов (примеры осциллограмм можно посмотреть в ).

Benchmark MOSFET-транзисторы компании International Rectifier

Чтобы не запутаться в иностранных терминах, уточним, что TrenchFET — это технология, по которой выполнен транзистор, а упомянутая выше DirectFET — технология корпусирования. Одно не мешает другому.

Benchmark MOSFET — это не некая новая технология, а своего рода «знак качества». То есть отнесение изделия к этой категории говорит о том, что по своим параметрам оно соответствует лучшим изделиям в отрасли и является «эталонным в своем классе».

Для чего это нужно? В настоящий момент IR выпускает более 170 N-канальных транзисторов со статусом Active (стадия активного действующего производства) только в корпусе TO-220AB (не считая снимаемых с производства и тех, которые не рекомендованы к применению в новых разработках). Одних только 100-вольтовых транзисторов — почти 30 наименований. Оптимальный выбор требуемой модели становится для разработчика проблемой. В этом смысле индекс Benchmark MOSFET — подсказка, что данное изделие по совокупности показателей является предпочтительным.

Выбор MOSFET-транзистора обычно проводят по следующим основным показателям:

1. Пробивное напряжение VBRD — максимальное напряжение между выводами стока и истока при закрытом состоянии транзистора.

2. Ток стока ID — максимальное значение тока, протекающее по каналу «исток-сток» при открытом состоянии транзистора

Обращаем внимание: значение зависит от температуры кристалла, поэтому в спецификациях (datasheet) указываются не только значения для нескольких точек (обычно 25 и 100°С), но и приводится график зависимости.

3. Сопротивление открытого канала «исток-сток» RDS(ON)

Опять же обращаем внимание: параметр зависит от величины управляющего напряжения «затвор-сток» VGS. Как правило, максимальное значение этого напряжения лежит в пределах 12…20 В

Но пороговое напряжение, при котором через канал начинает протекать ток, будет ниже (1,5…4 В). В спецификациях даются, как правило, значения для точек 4,5 и 10 В.

4. Заряд затвора QG. Характеризует величину входной емкости транзистора (то есть, сумму паразитных емкостей «затвор-сток» и «затвор-исток» CGD + CGS), напрямую влияющей на время включения-выключения транзистора.

5. Цена.

Первые два параметра являются, по сути, начальными условиями выбора и вытекают из требований технического задания на узел. Зная требования схемы и заложив разумный запас, разработчик определяет допустимый диапазон этих значений и, как следствие, список изделий, допустимых для применения в его разработке.

Остальные три параметра — атрибуты конкретного изделия. Значение сопротивления открытого канала непосредственно связано с теплом, которое будет рассеиваться на приборе. Отсюда — наличие или отсутствие радиатора, сложные или простые механизмы отвода тепла, большие или малые габариты и, как следствие, высокая или низкая цена конечного прибора.

Значение заряда затвора определяют динамические характеристики узла, то есть максимально возможную частоту коммутации нагрузки. Для каких-то приложений это может быть не очень критично

Но, например, для импульсных источников питания — весьма важно. Кроме того, длительные переходные процессы увеличивают энергопотребление и, следовательно, выделяемое тепло.

Вывод: минимизация комплексного показателя потерь RЧQ— необходимое условие правильного выбора. И цена не должна быть выше.

Компания International Rectifier не только позиционирует изделия из категории «эталонных» как оптимальное решение для новых разработок, но и рекомендует их в качестве прямой замены ранее выпущенным изделиям, как собственным (не обязательно снимаемым с производства), так и изделиям других производителей. Здесь необходимы пояснения. Под «прямой заменой» разработчики привыкли понимать изделие, идентичное заданному по электрическим, механическим и климатическим параметрам. То есть, прямой аналог. Возникает вопрос: откуда прямой аналог новому изделию с «лучшими в своем классе» параметрами? В нашем случае под «прямой заменой» надо понимать следующее: изделие из категории «эталонных» может быть использовано вместо применяемых ранее без корректировки схемы и изменения конструкции. То есть, замена не повлияет на «электрические» режимы работы схемы, и при этом выделяемое тепло будет меньше, а динамические характеристики — не хуже.

В материалах компании IR представлена номенклатура «эталонных» Benchmark MOSFET-транзисторов компании IR.

Перейдем к рассмотрению новинок.

Выходные характеристики

Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они ана­логичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти ха­рактеристики показывают зависимость выходного тока ID от выходного напряжения VDS(напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе VGS(напряжения между затвором и истоком).

Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток доволь­но велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно. Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не пере­кроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.


Схема полевого транзистора.

Напряжение отсечки

рассмотрим выходную характеристику для VGS= 0. При уве­личении напряжения VDS(от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напря­жением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекры­вает канал. Однако протекание тока IDв этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсеч­ки: P1, P2 и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.


Полевой транзистор.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R1 отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R3 обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затво­ра. Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R2 – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязыва­ющий конденсатор С2 в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R3. Следует отметить, что раз­делительный конденсатор С1 может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.

Будет интересно Что такое фотодиод

При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызы­вая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзи­стора. Во время положительного полупериода входного сигнала напря­жение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток IDполевого транзистора. Увеличение ID приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И на­оборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует по­ложительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.

Быстродействующие предохранители

Проверка полевого MOSFET транзистора цифровым мультиметром

Для примера возьмем полевой МОП-транзистор с каналом n-типа IRF 640. Условно-графическое обозначение такого транзистора и его цоколевку вы видите на следующем рисунке.

Перед началом проверки транзистора замкните все его выводы между собой, что бы снять возможный заряд с транзистора.

Проверка встроенного диода

Для начал следует подготовить мультимер и перевести его в режим проверки диодов. Для этого переключатель режимов/пределов установите в положение с изображением диода.

В этом режиме мультиметр при подключении диода в прямом направлении (плюс прибора на анод, минус прибора на катод) показывает падение напряжения на p-n переходе диода. При включении диода в обратном направлении мультиметр показывает «1».

Итак, подключаем щупы мультиметра, как было сказано выше, в прямом включении диода. Таким образом, красный шум (+) подключаем на исток, а черный (-) на сток.

Мультиметр должен показать падение напряжение на переходе порядка 0,5-0,7.

Меняем полярность подключения встроенного диода, при этом мультиметр, при исправности диода покажет «1».

Проверка работы полевого МОП транзистора

Проверяемый нами МОП-транзистор имеет канал n-типа, поэтому, что бы канал стал электропроводен необходимо на затвор транзистора относительно истока либо стока подать положительный потенциал. При этом электроны из подложки переместятся в канал, а дырки будут вытолкнуты из канала. В результате канал между истоком и стоком станет электропроводен и через транзистор потечет ток.

Для открытия транзистора будет достаточно напряжения на щупах мультиметра в режиме прозвонки диодов.

Поэтому черный (отрицательный) щуп мультиметра подключаем на исток (или сток), а красным касаемся затвора.

Если транзистор исправен, то канал исток-сток станет электропроводным, то есть транзистор откроется.

Теперь если прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет какое-то значение падение напряжения на канале, в виду того, что через транзистор потечет ток.

Таким образом черный щуп транзистора ставим на исток, а красный на сток и мультиметр покажет падение напряжение на канале.

Если поменять полярность щупов, то показания мультиметра будут примерно одинаковыми.

Что бы закрыть транзистор достаточно относительно истока на затвор подать отрицательный потенциал.

Следовательно, подключаем положительный (красный) щуп мультиметра на исток, а черным касаемся затвор.

При этом исправный транзистор закроется. И если после этого прозвонить канал исток-сток, то мультиметр покажет лишь падение напряжения на встроенном диоде.

Если транзистор управляется напряжением с мультиметра (то есть открывается и закрывается), значит можно сделать вывод, что транзистор исправен.

Проверка полевого МОП – транзистора с каналом p-типа осуществляется подобным образом. За тем исключением, что во всех пунктах проверки полярность подключения щупов меняется на противоположную.

Более подробно и просто всю методику проверки полевого транзистора я изложил в следующем видеоуроке:

Как проверить полевой транзистор. Часть 2. МОП (MOSFET)-транзисторы

Как проверить полевой транзистор. Часть 2. МОП (MOSFET)-транзисторы

Применение МОП-транзисторов

Использование в конструкции импульсных источников питания высокой частоты в качестве дискретных компонентов, в устройствах инверторного преобразования и регуляторах скорости электродвигателей различного типа. Использование их в конструкции высокочастотных генераторов применяемых для индукционного нагрева, в ультразвуковых генераторах, усилителях звука и устройствах периферийного назначения для компьютеров. Использование транзисторов в регуляторах скорости ограниченно низким напряжением (подключением к аккумуляторам) и небольшой мощностью, потому как кремниевая поверхность способна выдержать высокое напряжение в закрытом состоянии и низкое падение в открытом состоянии.

Выходные характеристики

Семейство выходных характеристик транзистора с управляющим рп-переходом в схеме с общим истоком показано на рис. 26.4. Они ана­логичны выходным характеристикам биполярного транзистора. Эти ха­рактеристики показывают зависимость выходного тока ID от выходного напряжения VDS(напряжения между стоком и истоком) для заданных Значений напряжения на затворе VGS(напряжения между затвором и истоком).

Диапазон изменения смещающего напряжения затвор-исток доволь­но велик (несколько вольт) в отличие от биполярного транзистора, где напряжение база-эмиттер практически постоянно. Видно, что при увеличении (по абсолютной величине) напряжения на затворе ток стока уменьшается. Это уменьшение происходит до тех пор, пока расширяющийся обедненный слой перехода затвор-канал не пере­кроет весь канал, останавливая протекание тока. В этом случае говорят, что полевой транзистор находится в состоянии отсечки.

Схема полевого транзистора.

Напряжение отсечки

рассмотрим выходную характеристику для VGS= 0. При уве­личении напряжения VDS(от нулевого значения) ток стока постепенно увеличивается, пока не достигает точки Р, после которой величина тока практически не изменяется. Напряжение в точке Р называется напря­жением отсечки. При этом напряжении обедненный слой, связанный с обратносмещенным переходом затвор-канал, почти полностью перекры­вает канал. Однако протекание тока IDв этой точке не прекращается, поскольку благодаря этому току как раз и создается обедненный слой. Все кривые семейства выходных характеристик имеют свои точки отсеч­ки: P1, P2 и т. д. Если соединить эти точки друг с другом линией, то правее ее лежит область отсечки, являющаяся рабочей областью полевого транзистора.

Полевой транзистор.

Усилитель на полевом транзисторе с общим истоком

Схема типичного усилителя ЗЧ на полевом транзисторе показана на рис. 26.5. В этой схеме через резистор утечки R1 отводится на шасси очень малый ток утечки затвора. Резистор R3 обеспечивает необходимое обратное смещение, поднимая потенциал истока выше потенциала затво­ра. Кроме того, этот резистор обеспечивает также стабильность режима усилителя по постоянному току. R2 – нагрузочный резистор, который может иметь очень большое сопротивление (до 1,5 МОм). Развязыва­ющий конденсатор С2 в цепи истока устраняет отрицательную обратную связь по переменному току через резистор R3. Следует отметить, что раз­делительный конденсатор С1 может иметь небольшую емкость (0,1 мкФ) благодаря высокому входному сопротивлению полевого транзистора.

При подаче сигнала на вход усилителя изменяется ток стока, вызы­вая, в свою очередь, изменение выходного напряжения на стоке транзи­стора. Во время положительного полупериода входного сигнала напря­жение на затворе увеличивается в положительном направлении, обратное напряжение смещения перехода затвор-исток уменьшается и, следовательно, увеличивается ток IDполевого транзистора. Увеличение ID приводит к уменьшению выходного (стокового) напряжения, и на выходе воспроизводится отрицательный полупериод усиленного сигнала. И на­оборот, отрицательному полупериоду входного сигнала соответствует по­ложительный полупериод выходного сигнала. Таким образом, входной и выходной сигналы усилителя с общим истоком находятся в противофазе.

Чем MOSFET лучше БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Чем MOSFET лучше БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Серия «эталонных» 30-вольтовых MOSFET-транзисторов для индустриальных приложений

В августе 2009 года компания International Rectifier объявила о выпуске четырех новых 30-вольтовых MOSFET-транзисторов для индустриальных приложений в корпусе TO-220AB: IRLB8721*, IRLB8743, IRLB8748 и IRLB3813. Транзисторы относятся к самому новому поколению приборов IR, выполненных по Trench-технологии. Изделия ориентированы для применения в источниках бесперебойного питания, инверторах, низковольтных электроприборах, ORing-приложениях. Крайне низкие значения заряда затвора позволяют новым устройствам увеличить срок автономной работы от батареи в источниках бесперебойного питания или электроприборах. Компания IR утверждает, что новые MOSFET-транзисторы являются прямыми заменами или обновлениями существующих 30-вольтовых устройств в корпусе TO-220AB. Рассмотрим линейку 30-вольтовых N-канальных транзисторов (технические характеристики приведены в таблице 1) и сравним параметры новых и ранее выпущенных приборов.

Таблица 1. Линейка 30-вольтовых N-канальных MOSFET-транзисторов компании IR 

Модель VBRD, max, В VGS, max, В RDS(ON), max, мОм ID, А QG, typ, нК RxQ, мОм х нК
IRL2703 30 16 40,0 24 10,0 400
IRL3303 30 16 26,0 34 17,3 450
IRL3103 30 16 12,0 56 22,0 264
IRF3707Z 30 16 9,5 59 9,7 92
IRLB8721 30 20 8,7 62 7,6 66
IRF3707 30 20 12,5 62 19,0 238
IRF3708 30 12 12,0 62 24,0 288
IRF3709Z 30 20 6,3 87 17,0 107
IRF3709 30 20 9,0 90 27,0 243
IRLB8748 30 20 4,8 92 15,0 72
IRL2203N 30 16 7,0 100 40,0 280
IRL8113 30 20 6,0 105 23,0 138
IRL3803 30 16 6,0 120 93,3 560
IRL3803V 30 16 5,5 140 50,7 279
IRLB8743 30 20 3,2 150 36,0 115
IRL7833 30 20 3,8 150 38,0 144
IRL3713 30 20 3,0 200 75,0 225
IRF3703 30 20 2,8 210 209,0 585
IRF1503 30 20 3,3 240 130,0 429
IRLB3813 30 20 2,0 260 57,0 111
IRF2903Z 30 20 2,4 260 160,0 384

Мы видим что, четверка новых приборов дифференцирована по величине коммутируемого тока: до 60, 90, 150 и 260 А, что позволяет производителю выбрать оптимальный для своего изделия прибор.

Транзистор IRLB8721 может рассматриваться в качестве замены следующих изделий: IRL3103, IRL3707, IRL3707Z и IRL3708. Мы видим, что новый прибор имеет лучшие значения как по сопротивлению открытого канала, так и по заряду затвора. Комплексный показатель потерь улучшен на 30% по сравнению с IRL3707Z и снижен в 3,5…4 раза по сравнению с остальными приборами. Что касается цены: IRLB8721 дешевле в 2,2…2,5** раза.

Транзисторы с коммутируемым током до 90 А в линейке IR были представлены изделиями IRF3709Z и IRF3709. Среди новых приборов им соответствует IRLB8748. Значение комплексного показателя потерь снижено в 1,5 и 3,4 раза, соответственно. Цена — в 2,3 и 2,6 раза.

Среди изделий с коммутируемым током до 150 А новый транзистор IRLB8743 может заменить IRL3803V и IRL7833. Комплексный показатель потерь снижен в 1,2 и 2,4 раза, а цена — в 2,2 и 2,6 раза, соответственно.

И наконец, среди изделий с током до 260 А сравним IRLB3813 с IRF1503 и IRF2903Z. Комплексный показатель потерь снижен в 3,9 и 3,5 раза, а цена — в 1,8 и 2,3 раза, соответственно.

Графические обозначения транзисторов на схемах

Линия между соединениями стока и истока представляет собой полупроводниковый канал. Если на схеме, на которой изображены MOSFET транзисторы, она представлена жирной сплошной линией, то элемент работает в режиме истощения. Так как ток из стока может протекать с нулевым потенциалом затвора. Если линия канала показана пунктиром или ломанной, то транзистор работает в режиме насыщения, так как течет ток с нулевым потенциалом затвора. Направление стрелки указывает на проводящий канал, р-типа или полупроводниковый прибор п-типа. Причем отечественные транзисторы обозначаются точно так же, как и зарубежные аналоги.

Типы МОП-транзистора (MOSFET)

На основе режима эксплуатации МОП-транзисторы можно разделить на два типа.

  • Режим насыщения
  • Режим истощения

Режим насыщения

В этом режиме отсутствует проводимость при нулевом напряжении, что означает, что оно по умолчанию закрыто или «ВЫКЛ», так как канал отсутствует. Когда напряжение затвора увеличивается больше, чем напряжение источника, носители заряда (дырки) смещаются, оставляя позади электроны, и, таким образом, устанавливается более широкий канал.

Напряжение на затворе прямо пропорционально току, то есть с увеличением напряжения на затворе ток увеличивается и наоборот.

Классификация режима насыщения МОП- транзисторов

Усовершенствованные МОП-транзисторы можно классифицировать на два типа в зависимости от типа используемого легированного субстрата (n-типа или p-типа).

  • N-канальный тип насыщения MOSFET
  • P-канальный тип насыщения MOSFET

N-канальный тип насыщения MOSFET

  • Слегка легированная субстрат P-типа образует корпус устройства, а исток и сток сильно легированы примесями N-типа.
  • N-канал имеет электроны в качестве основных носителей.
  • Подаваемое напряжение затвора положительно для включения устройства.
  • Он имеет более низкую собственную емкость и меньшую площадь соединения из-за высокой подвижности электронов, что позволяет ему работать на высоких скоростях переключения.
  • Он содержит положительно заряженные примеси, что делает преждевременным включение полевых МОП-транзисторов с N-каналом.
  • Сопротивление дренажу низкое по сравнению с P-типом.

P-канальный тип насыщения MOSFET

  • Слегка легированная подложка N-типа образует корпус устройства, а исток и сток сильно легированы примесями P-типа.
  • P-канал имеет отверстия в качестве основных носителей.
  • Он имеет более высокую внутреннюю емкость и малую подвижность отверстий, что делает его работающим при низкой скорости переключения по сравнению с N-типом.
  • Подаваемое напряжение затвора является отрицательным для включения устройства.
  • Водостойкость выше по сравнению с N-типом.

Режим истощения

В этом типе канал уже установлен, и очевидно, что проводимость происходит даже при нулевом напряжении, и он открыт или включен по умолчанию. В отличие от типа насыщения, здесь канал лишен носителей заряда, чтобы уменьшить ширину канала.

Напряжение на затворе обратно пропорционально току, т. Е. С увеличением напряжения на затворе ток уменьшается.

Классификация режима истощения МОП-транзисторов

Истощающие МОП-транзисторы могут быть классифицированы на два типа в зависимости от типа используемого легированного субстрата (n-типа или p-типа).

  • Тип истощения канала N МОП-транзистор
  • Тип истощения канала P МОП-транзистор

Тип истощения канала N МОП-транзистор

  • Полупроводник P-типа образует подложку, а исток и сток сильно легированы примесями N-типа.
  • Применяемое напряжение на затворе отрицательное.
  • Канал обеднен свободными электронами.

Тип канала истощения канала MOSFET

  • Полупроводник N-типа образует подложку, а исток и сток сильно легированы примесями N-типа.
  • Поданное напряжение затвора положительное.
  • Канал обеднен свободными отверстиями.

Актуальность MOSFET семейства StrongIRFET™

Во многих применениях MOSFET критически важным является достаточно малая или же минимально возможная величина RСИ пров, которая определяет потери ключа в проводящем состоянии ΔPС пров = RСИ пров*(IС эфф)². При этом действующее значение тока стока MOSFET IС эфф задано режимом применения транзисторного ключа и не может быть изменено. Дополнительный негативный эффект оказывает увеличение RСИ пров с ростом температуры чипа. Это может приводить при максимально допустимой температуре к 1,5…2-кратному его увеличению по сравнению со значением при 25°С. Если при этом в связи с особенностями задачи частота коммутации MOSFET достаточно низка, то динамические потери вносят незначительный вклад в общий баланс потерь и тепловой режим работы транзистора. Для решения такого рода задач можно выбрать MOSFET с большой площадью кристалла. Однако, поскольку такой подход увеличивает цену прибора, рационально выбрать для применения MOSFET, технологически оптимизированный на достижение малых значений сопротивления RСИ пров. Соответствующее семейство MOSFET производства International Rectifier выпускается под торговой маркой StrongIRFET. Приборы этого семейства отличаются повышенной стойкостью к стрессовым электрическим воздействиям, возникающим во время переходных процессов и при аварийных условиях, высокой допустимой энергией лавинного пробоя, улучшенной стойкостью при восстановлении блокирующей способности встроенных обратных диодов и очень большими значениями допустимых токов. Основные области применения транзисторов StrongIRFET – зарядные устройства, цепи защиты от неправильной полярности включения, цепи защиты аккумуляторов и ионисторов, селекторы питания и модули подключения резервного питания (технология ORing), каскады синхронного выпрямления в мощных ИП, системы электропривода двигателей постоянного тока, импульсные преобразователи с мягкой коммутацией ключей.

Что такое МОП-транзистор

Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor (Металлооксидные полевые транзисторы) сокращается как МОП-транзистор. Это просто униполярный транзистор, используемый в качестве электронного переключателя и для усиления электронных сигналов. Устройство имеет три терминала, состоящих из истока, затвора и стока. Помимо этих клемм имеется подложка, обычно называемая корпусом, которая всегда подключается к клемме источника для практических применений.

В последние годы его открытие привело к доминирующему использованию этих устройств в цифровых интегральных схемах из-за его структуры. Слой диоксида кремния (SiO2) действует как изолятор и обеспечивает электрическую изоляцию между затвором и активным каналом между истоком и стоком, что обеспечивает высокий входной импеданс, который почти бесконечен, таким образом захватывая весь входной сигнал.

Проверка встроенного обратного диода

Практически в любом современном полевом транзисторе, за исключением специальных их типов, параллельно цепи сток-исток включен внутренний «защитный» диод. Наличие этого диода внутри полевика обусловлено особенностями технологии производства мощных транзисторов. Иногда он мешает, считается паразитным, однако в большинстве полевых транзисторов без него, как части цельной структуры электронного компонента, не обойтись.

Следовательно, в исправном полевом транзисторе данный диод тоже должен быть исправным. В n-канальном полевом транзисторе данный диод включен катодом к стоку, анодом — к истоку, а в p-канальном — анодом к стоку, катодом — к истоку. Включите мультиметр в режим «прозвонки» диодов. Если полевой транзистор является n-канальным, то красный щуп мультиметра приложите к его истоку (source), а черный — к стоку (drain).

Транзисторы являются одними из самых широко применяемых радиоэлементов. Несмотря на свою надёжность, они нередко выходят из строя, что связано с нарушениями режима в их работе. При этом поиск неисправного элемента в связи со спецификой устройства полевого транзистора вызывает определённые трудности.

Обычно сток находится посередине и соединен с проводящей подложкой транзистора, а истоком является правый вывод (уточните это в datasheet). В случае если внутренний диод исправен, на дисплее мультиметра отобразится прямое падение напряжения на нем – в районе 0,4-0,7 вольт. Если теперь положение щупов изменить на противоположное, то прибор покажет бесконечность. Если все так, значит внутренний диод исправен.

Порядок измерений.

Проверка цепи сток-исток

Полевой транзистор управляется электрическим полем затвора. И если емкость затвор-исток зарядить, то проводимость в направлении сток-исток увеличится. Итак, если транзистор является n-канальным, приложите черный щуп к затвору (gate), а красный — к истоку, и через секунду измените расположение щупов на противоположное — красный к затвору, а черный — к истоку. Так мы сначала наверняка разрядили затвор, а после — зарядили его. Затвор обычно слева, а исток — справа.

Теперь красный щуп переместите с затвора — на сток, а черный пусть останется на истоке. Если транзистор исправен, то как только вы переместите красный щуп с затвора на сток, мультиметр покажет что на стоке есть падение напряжения — это значит, что транзистор перешел в проводящее состояние.

Теперь красный щуп на исток, а черный — на затвор (разряжаем затвор противоположной полярностью), после чего снова красный щуп на сток, а черный — на исток. Прибор должен показать бесконечность — транзистор закрылся. Для p-канального полевого транзистора щупы просто меняются местами.

Проверка транзистора без выпаивания.

Если прибор запищит

Если на этапе проверки сток-исток прибор запищит, это может быть вполне нормальным, ведь у современных полевых транзисторов сопротивление сток-исток в открытом состоянии бывает очень маленьким. Как вариант, можно соединить затвор с истоком и в таком положении прозвонить сток-исток (для n-канального красный на сток, черный — на исток), прибор должен показать бесконечность.

Главное — чтобы не было звона затвор-исток и сток-исток, особенно в тот момент когда затвор заряжен противоположной полярностью.

Проверка исправности полевого MOSFET транзистора

Проверка исправности полевого MOSFET транзистора

Как проверить полевой транзистор тестером или мультиметром

Как проверить полевой транзистор тестером или мультиметром

Как проверить ( прозвонить ) полевой транзистор .

Как проверить ( прозвонить ) полевой транзистор .

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий