Пороговое напряжение на затворе полевого транзистора что это

Пороговое напряжение на затворе полевого транзистора что это

Вобщем сабж. Микросхема переключает ключи на полевичках, которые управляют обмотками BLDC мотора. Полевички взяты с запасом, но стоит нагрузить мотор хотя бы до 8А и транзисторы за 10 сек раскочегариваются градусов до 80ти (стоят правда без радиатора) причем на холостых (2а) еле теплые.
Грешу на то что микруха не может полностью открыть мосфеты и при бОльших токах за счет сопротивления недооткрытого канала выделяется слишком много тепла.
ПС 20А авиамодельный регулятор тоже без теплоотвода держит эти самые 8а не негреваясь вообще, так что врядли в радиаторе дело

kalobyte
Друг Кота Карма: 16 Рейтинг сообщений: 111 Зарегистрирован: Чт сен 20, 2007 14:08:00 Сообщений: 10384 Рейтинг сообщения: 0	зависит от скорости открытия и закрытия с напряжением может быть все нормально, а вот скорость работы транзисторов не очень или сопротивление внутренних ключей в мелкасхеме слишком большое для емкости твоих транзисторов VGS (Gate-to-Source Voltage) – напряжение насыщения затвор-исток. Это напряжение, при превышении которого увеличения тока через канал не происходит. По сути, это максимальное напряжение между затвором и истоком. VGS(th) (Gate Threshold Voltage) – пороговое напряжение включения транзистора. Это напряжение, при котором происходит открытие проводящего канала транзистора и он начинает пропускать ток между выводами истока и стока. Если между выводами затвора и истока приложить напряжение меньше VGS(th), то транзистор будет _________________ тематические ответы только в форуме, в приват не пишите Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

КРАМ
Друг Кота Карма: 125 Рейтинг сообщений: 2207 Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02 Сообщений: 17477 Откуда: Московская область Рейтинг сообщения: 0	Напряжение «полного» открывания МОСФЕТа в даташите не приводится. Зато приводится сопротивление канала ПРИ ОПРЕДЕЛЕННОМ напряжении затвор-исток. Вот это самое напряжение и является тем самым напряжением «полного» открывания. Ну а динамические потери ключей зависят от тока, который способен выдать драйвер затворов, полного заряда затвора МОСФЕТА и частоты коммутации.

teotiger
Родился Зарегистрирован: Пт авг 14, 2015 23:14:05 Сообщений: 18 Рейтинг сообщения: 0	Напряжение «полного» открывания МОСФЕТа в даташите не приводится. Зато приводится сопротивление канала ПРИ ОПРЕДЕЛЕННОМ напряжении затвор-исток. Вот это самое напряжение и является тем самым напряжением «полного» открывания. Ну а динамические потери ключей зависят от тока, который способен выдать драйвер затворов, полного заряда затвора МОСФЕТА и частоты коммутации. Ну вроде считал (щас форумулу искать не буду) и при частоте коммутации в 10кГц средняя емкость используемых полевичков в 1500пФ вполне успевала и заряжаться и разряжаться. Ладно, считаете есть смысл поднапрячься и заказать «логик» мосфеты (которые и ставят в регули с микроконтроллером) и у которых напряжение заряда затвора пониже? Или не поможет ибо на таких высоких частотах коммутации драйверы моей ИС не успевают заряжать/разряжать затворы полевичков? Просто когда в свое время лопатил интернет то натолкнулся на инфу что если мосфет на 2-4В начинает открываться то 6ти должно хватить для полного открытия. Рассмотрим особенности, характеристики и технологии проектирования продукции RECOM: AC/DC-преобразователи для установки на плату и для внешнего монтажа, изолированные DC/DC-преобразователи, импульсные регуляторы и силовые модули, а также средства отладки для поддержки разработчиков и ускорения выхода разработок на рынок.

КРАМ
Друг Кота Карма: 125 Рейтинг сообщений: 2207 Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02 Сообщений: 17477 Откуда: Московская область Рейтинг сообщения: 3	Создать интеллектуальный пожарный датчик, который будет не только оповещать о возгорании, а способен легко интегрироваться в системы умного дома или предприятия и выполнять ряд дополнительных действий, возможно с компонентами STMicroelectronics: высокопроизводительным радиочастотным трансивером S2-LP и малопотребляющим усилителем TSV629x. Рассмотрим подробнее это решение, отладочные комплекты и программный пакет ST.

teotiger
Родился Зарегистрирован: Пт авг 14, 2015 23:14:05 Сообщений: 18 Рейтинг сообщения: 0	А вот за этот пост большое спасибо, разжевано отлично. Значит буду пересчитывать цепи опять.

КРАМ
Друг Кота Карма: 125 Рейтинг сообщений: 2207 Зарегистрирован: Чт янв 10, 2008 22:01:02 Сообщений: 17477 Откуда: Московская область Рейтинг сообщения: 0

teotiger
Родился Зарегистрирован: Пт авг 14, 2015 23:14:05 Сообщений: 18 Рейтинг сообщения: 0	Подумываю подобрать транзисторы с корпусом поменьше, Dpak или паучки, и запараллелить. По приведеным вами формулам теплового режима лучше поставить 4 маленьких транзистора по 5А чем один здоровый на 20, ибо в 4 раза ниже ток это в 16 раз меньше t (правда и емкость затвора в 4 раза больше) То-то я думал почему в регуляторах авиамоделей стоят по три мосфета вместо одного (но там же как-то их открывают, 2-3 в параллель). Ток размеры платы ограничивают. 25Х80 надо все это втиснуть 10мА это я так понимаю питание самой микросхемы, которое Vp. Ограничение тока 100-150-200мА, берем среднее, учитывая что в каждый момент включены только 2 фазы из трех можно прикинуть что где-то 100мА драйвер каждой фазы и выдаст (ну это если дядюшка Ляо не экономил) А насчет бюджетности. надо запускать 3фазный BLDC с токами потребления до 30А, ну до 20 хотябы, учитывая что он будет работать пару минут всего. выпускаемые промышленностью контроллеры все «програмабли» как я их называю. одной кнопкой включить/выключить- проблема. так что дешевле и проще вариант чем такой я пока не нашел. в программировании не силен и сделать прошивочку для микроконтроллера, который бы, как в заводских регулях, управлял ток н-каналами, я в ближайшее время точно не осилю, а готовенькой в интернетах не нашел

Страница 1 из 1

[ Сообщений: 8 ]

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: Anton Antonov, prizrack* и гости: 24

Источник

Полевые транзисторы. For dummies

Введение

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. (electrono.ru)

Определение не только подтвердило наши предположения, но и продемонстрировало особенность полевых транзисторов — управление выходным током происходит посредством изменения приложенного электрического поля, т.е. напряжения. А вот у биполярных транзисторов, как мы помним, выходным током управляет входной ток базы.

Еще один факт о полевых транзисторах можно узнать, обратив внимание на их другое название — униполярные. Это значит, что в процессе протекания тока у них участвует только один вид носителей заряда (или электроны, или дырки).

Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

Вообще, идея последних появилась еще в 20-х годах XX века, задолго до изобретения биполярных транзисторов. Но уровень технологии позволили реализовать ее лишь в 1960 году. В 50-х же был сначала теоретически описан, а затем получил воплощение полевой транзистор с управляющим p-n переходом. И, как и их биполярные «собратья», полевые транзисторы до сих пор играют в электронике огромную роль.

Перед тем, как перейти к рассказу о физике работы униполярных транзисторов, хочу напомнить ссылки, по которым можно освежить свои знания о p-n переходе: раз и два.

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом

Итак, как же устроен первый тип полевых транзисторов? В основе устройства лежит пластинка из полупроводника с проводимостью (например) p-типа. На противополжных концах она имеет электроды, подав напряжение на которые мы получим ток от истока к стоку. Сверху на этой пластинке есть область с противоположным типом проводимости, к которой подключен третий электрод — затвор. Естественно, что между затвором и p-областью под ним (каналом) возникает p-n переход. А поскольку n-слой значительно уже канала, то большая часть обедненной подвижными носителями заряда области перехода будет приходиться на p-слой. Соответственно, если мы подадим на переход напряжение обратного смещения, то, закрываясь, он значительно увеличит сопротивление канала и уменьшит ток между истоком и стоком. Таким образом, происходит регулирование выходного тока транзистора с помощью напряжения (электрического поля) затвора.

Можно провести следующую аналогию: p-n переход — это плотина, перекрывающая поток носителей заряда от истока к стоку. Увеличивая или уменьшая на нем обратное напряжение, мы открываем/закрываем на ней шлюзы, регулируя «подачу воды» (выходной ток).

Итак, в рабочем режиме полевого транзистора с управляющим p-n переходом напряжение на затворе должно быть либо нулевым (канал открыт полностью), либо обратным.
Если величина обратного напряжения станет настолько большой, что запирающий слой закроет канал, то транзистор перейдет в режим отсечки.

Даже при нулевом напряжении на затворе, между затвором и стоком существует обратное напряжение, равное напряжению исток-сток. Вот почему p-n переход имеет такую неровную форму, расширяясь к области стока.

Само собой разумеется, что можно сделать транзистор с каналом n-типа и затвором p-типа. Сущность его работы при этом не изменится.

Условные графические изображения полевых транзисторов приведены на рисунке (а — с каналом p-типа, б — с каналом n-типа). Стрелка здесь указывает направление от p-слоя к n-слою.

Статические характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Выходной (стоковой) называется зависимость тока стока от напряжения исток-сток при константном напряжении затвор-исток. На рисунке — график слева.

На графике можно четко выделить три зоны. Первая из них — зона резкого возрастания тока стока. Это так называемая «омическая» область. Канал «исток-сток» ведет себя как резистор, чье сопротивление управляется напряжением на затворе транзистора.

Вторая зона — область насыщения. Она имеет почти линейный вид. Здесь происходит перекрытие канала в области стока, которое увеличивается при дальнейшем росте напряжения исток-сток. Соответственно, растет и сопротивление канала, а стоковый ток меняется очень слабо (закон Ома, однако). Именно этот участок характеристики используют в усилительной технике, поскольку здесь наименьшие нелинейные искажения сигналов и оптимальные значения малосигнальных параметров, существенных для усиления. К таким параметрам относятся крутизна характеристики, внутреннее сопротивление и коэффициент усиления. Значения всех этих непонятных словосочетаний будут раскрыты ниже.

Третья зона графика — область пробоя, чье название говорит само за себя.

С правой стороны рисунка показан график еще одной важной зависимости — стоко-затворной характеристики. Она показывает то, как зависит ток стока от напряжения затвор-исток при постоянном напряжении между истоком и стоком. И именно ее крутизна является одним из основных параметров полевого транзистора.

Полевой транзистор с изолированным затвором

Такие транзисторы также часто называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник)- или МОП (металл-оксид-полупроводник)-транзисторами (англ. metall-oxide-semiconductor field effect transistor, MOSFET). У таких устройств затвор отделен от канала тонким слоем диэлектрика. Физической основой их работы является эффект изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля.
Устройство транзисторов такого вида следующее. Есть подложка из полупроводника с p-проводимостью, в которой сделаны две сильно легированные области с n-проводимостью (исток и сток). Между ними пролегает узкая приповерхностнаяя перемычка, проводимость которой также n-типа. Над ней на поверхности пластины имеется тонкий слой диэлектрика (чаще всего из диоксида кремния — отсюда, кстати, аббревиатура МОП). А уже на этом слое и расположен затвор — тонкая металлическая пленка. Сам кристалл обычно соединен с истоком, хотя бывает, что его подключают и отдельно.

Если при нулевом напряжении на затворе подать напряжение исток-сток, то по каналу между ними потечет ток. Почему не через кристалл? Потому что один из p-n переходов будет закрыт.

А теперь подадим на затвор отрицательное относительно истока напряжение. Возникшее поперечное электрическое поле «вытолкнет» электроны из канала в подложку. Соответственно, возрастет сопротивление канала и уменьшится текущий через него ток. Такой режим, при котором с возрастанием напряжения на затворе выходной ток падает, называют режимом обеднения.
Если же мы подадим на затвор напряжение, которое будет способствовать возникновению «помогающего» электронам поля «приходить» в канал из подложки, то транзистор будет работать в режиме обогащения. При этом сопротивление канала будет падать, а ток через него расти.

Рассмотренная выше конструкция транзистора с изолированным затвором похожа на конструкцию с управляющим p-n переходом тем, что даже при нулевом токе на затворе при ненулевом напряжении исток-сток между ними существует так называемый начальный ток стока. В обоих случаях это происходит из-за того, что канал для этого тока встроен в конструкцию транзистора. Т.е., строго говоря, только что мы рассматривали такой подтип МДП-транзисторов, как транзисторы с встроенным каналом.

Однако, есть еще одна разновидность полевых транзисторов с изолированным затвором — транзистор с индуцированным (инверсным) каналом. Из названия уже понятно его отличие от предыдущего — у него канал между сильнолегированными областями стока и истока появляется только при подаче на затвор напряжения определенной полярности.

Итак, мы подаем напряжение только на исток и сток. Ток между ними течь не будет, поскольку один из p-n переходов между ними и подложкой закрыт.
Подадим на затвор (прямое относительно истока) напряжение. Возникшее электрическое поле «потянет» электроны из сильнолегированных областей в подложку в направлении затвора. И по достижении напряжением на затворе определенного значения в приповерхностной зоне произойдет так называемая инверсия типа проводимости. Т.е. концентрация электронов превысит концентрацию дырок, и между стоком и истоком возникнет тонкий канал n-типа. Транзистор начнет проводить ток, тем сильнее, чем выше напряжение на затворе.
Из такой его конструкции понятно, что работать транзистор с индуцированным каналом может только находясь в режиме обогащения. Поэтому они часто встречаются в устройствах переключения.

Условные обозначения транзисторов с изолированным затвором следующие:

Здесь
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 МДП-транзисторов

Те же характеристики для транзистора с идуцированным каналом:

Экзотические МДП-структуры

Чтобы не запутывать изложение, хочу просто посоветовать ссылки, по которым о них можно почитать. В первую очередь, это всеми любимая википедия, раздел «МДП-структуры специального назначения». А здесь теория и формулы: учебное пособие по твердотельной электронике, глава 6, подглавы 6.12-6.15. Почитайте, это интересно!

Общие параметры полевых транзисторов

Схемы включения

Как и биполярный, полевой транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, у которого два из четырех контактов совпадают. Таким образом, можно выделить три вида схем включения: с общим истоком, с общим затвором и с общим стоком. По характеристикам они очень похожи на схемы с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором для биполярных транзисторов.
Чаще всего применяется схема с общим истоком (а), как дающая большее усиление по току и мощности.
Схема с общим затвором (б) усиления тока почти не дает и имеет маленькое входное сопротивление. Из-за этого такая схема включения имеет ограниченное практическое применение.
Схему с общим стоком (в) также называют истоковым повторителем. Ее коэффициент усиления по напряжению близок к единице, входное сопротивление велико, а выходное мало.

Отличия полевых транзисторов от биполярных. Области применения

Где применяются полевые транзисторы? Да практически везде. Цифровые и аналоговые интегральные схемы, следящие и логические устройства, энергосберегающие схемы, флеш-память… Да что там, даже кварцевые часы и пульт управления телевизором работают на полевых транзисторах. Они повсюду, %хабраюзер%. Но теперь ты знаешь, как они работают!

Источник

СОДЕРЖАНИЕ

Основные принципы

Если напряжение затвора ниже порогового напряжения (левый рисунок), транзистор «улучшенного режима» выключен, и в идеале нет тока от стока к истоку транзистора. Фактически, существует ток даже при смещении затвора ниже порогового ( допороговая утечка ) тока, хотя он невелик и экспоненциально изменяется с смещением затвора.

Если напряжение затвора выше порогового напряжения (правый рисунок), транзистор «улучшающего режима» включается из-за наличия большого количества электронов в канале на границе оксид-кремний, создавая канал с низким сопротивлением, в котором может происходить заряд. течь от слива к истоку. Для напряжений, значительно превышающих пороговое значение, такая ситуация называется сильной инверсией. Канал сужается, когда V _D > 0, потому что падение напряжения из-за тока в резистивном канале уменьшает оксидное поле, поддерживающее канал, по мере приближения к стоку.

Эффект тела

Для полевого МОП-транзистора nMOS в режиме улучшения влияние тела на пороговое напряжение вычисляется в соответствии с моделью Шичмана-Ходжеса, которая является точной для более старых технологических узлов, с использованием следующего уравнения:

Зависимость от толщины оксида

Таким образом, чем меньше толщина оксида, тем ниже пороговое напряжение. Хотя это может показаться улучшением, оно не обходится без затрат; потому что чем меньше толщина оксида, тем выше будет подпороговый ток утечки через устройство. Следовательно, спецификация конструкции для толщины оксида затвора 90 нм была установлена ​​на уровне 1 нм, чтобы контролировать ток утечки. Этот вид туннелирования называется туннелированием Фаулера-Нордхейма.

Температурная зависимость

Как и в случае, когда толщина оксида влияет на пороговое напряжение, температура влияет на пороговое напряжение КМОП-устройства. Расширение на части уравнения в эффекте тела раздела

Зависимость от случайного колебания примеси

Исследовательские работы проводятся с целью подавления флуктуации примеси, которая приводит к изменению порогового напряжения между устройствами, подвергающимися одному и тому же производственному процессу.

Источник