Транзистор МОП-принцип работы, структура, основные характеристики

Транзистор МОП-принцип работы, структура, основные характеристики

Мощный МОП-транзистор или как его еще называют «металлоокисный полупроводник». Трехслойная структура транзистора Металл – Оксид – Полупроводник. Он обладает рядом достоинств перед транзисторами биполярного типа. Эти свойства выражается и при действии транзистора в линейном режиме и в режиме переключения.

Основные преимущества МОП-транзисторов

• Мгновенное переключение;
• Нет вторичного пробоя;
• Безопасная работа характеризуется широкой областью;
• Высокий коэффициент усиления.
• Более высокое входное сопротивление.
• Небольшое потребление электроэнергии.
• При компоновке интегральных схем с использованием МОП-транзисторов задействуется относительно небольшое количество операций, чем с применением биполярных транзисторов.

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.

Работа МОП-транзистора

Принцип действия прибора зависит от изменения в полупроводнике электрического поля, происходит поляризация изолированного затвора. Такое действие вызвало название элемента, как « металлоокисный полупроводник».  Он представляет собой прибор, в котором для изготовления затвора использовалась двуокись кремния SiO2, для современных МОП-транзисторов в качестве материала для затвора применяют поликристаллический кремний. Существует два типа МОП-транзисторов. Первые имеют дырочную проводимость – р-канальные. Транзисторы с электронной проводимостью называются n-канальными. Канал в этих полупроводниковых приборах может быть обедненным или наоборот обогащенным носителями.

Рис. №1. Базовая структура МОП-транзистора с гексагональной топологией. Положительный вывод истока по отношению к стоку создает протекание тока через середину ячейки истока посредством прямо смещенного p—n-перехода. Обратное направление транзистора характерно для работы выпрямителя на на  p—n-переходе.

Основные характеристики транзистора

• Напряжение управления: обеспечение проводимости и блокировки компонента;
• В открытом состоянии (проводящем) характеризуется внутренним сопротивлением и максимально допустимым постоянным током.
• В закрытом состоянии (не проводящем) транзистор характеризуется максимально допустимым напряжением прямого типа (более 1000В).
• Использование подобных транзисторов в регуляторах скорости позволяет работать на частоте в границах до нескольких сотен кГц.

Главные типы МОП-транзисторов

1. Транзистор с индуцированным каналом, считающимся доминирующим элементом в новейших интегральных схемах. Прибор характеризуется положительным пороговым напряжением, от 0,5 до 1 В.
2. МОП-транзистор со встроенным каналом

МОП-транзистор с индуцированным затвором

Рис. №2. а) структура МОП ПТ с индуцированным каналом. б) графическое изображение.

МОП-транзистор со встроенным каналом

Подобный прибор  обладает ненулевым значением тока, называемым начальным, при этом напряжение имеет нулевое значение. Действует в режиме обеднения и обогащения.

Рис.№3. МОП ПТ с встроенным каналом: а) транзисторная структура; б) графическое изображение.

Меры безопасности при работе с МОП-транзисторами большой мощности

Тестировать МОП-транзисторы и монтировать их в схему необходимо с осторожностью. Хотя большая емкость и позволяет поглощать статический разряд, он все равно может повредить их. При проведении рабочих операций с  МОП-транзисторами большой мощности необходимо следовать определенным правилам.

• Содержать приборы необходимо в специальной проводящей и антистатической таре.

• Категорически запрещается брать МОП-транзистор за выводы, только за корпус.

• При проверке мощного МОП-транзистора на характериографе или тестировании с помощью тестовой схемы нужно придерживаться строгих правил.
• Тестовая станция должна быть оборудована проводящими полами и заземленными ковриками.
• До установки элемента в схему нежелательно подавать напряжение до надежного соединения выводов.
• При пользовании характериографом необходимо резистор соединять с затвором последовательно, это делается для гашения паразитной генерации, появляющейся в активном режиме. Резистор при часто повторяющихся испытаниях лучше всего держать в контактном гнезде.
• Переключение тестовых диапазонов требует снижение тока и напряжения до нулевого значения, это делается для того, чтобы избежать появления потенциально разрушающих выбросов напряжения при действии по переключению диапазонов.
• При включении транзистора в схему необходимо пользоваться рабочими станциями на заземленных столах и пользоваться напольными матами.
• Паяльники оборудуются защитным заземлением.
• Для надежной работы транзистора в схеме необходимо опасаться неожиданных выбросов напряжения сток – исток.

Избыточное напряжение может пробить слой окисла затвор-исток, что приведет к выходу из строя элемента.

Переходное напряжение затвор – исток, обладающее отрицательным направлением появляется при наличии индуктивности изолирующего трансформатора запуска, индуктивность хорошо отделяет затвор от запускающей схемы в процессе перехода. Напряжение перехода при этих условиях превышает напряжение затвора, что также ведет к отказу. Для решения подобной проблемы рекомендуется использовать диод Зенера, он предотвращает превышение допустимых значений напряжения затвор-исток. Еще одним эффективным решением для противодействия отказу будет снижение импеданса схемы затвора до самой малой величины, лишь бы сохранить номинал напряжения затвор-исток и поддерживать переходные процессы на уровне, при котором не возникает случайное включение.

Диод Зенера фиксирует уровень положительных процессов перехода, он в автоматическом режиме фиксирует переходные процессы, действующие в отрицательном направлении, ограничивает их своим падением напряжения обладающим прямой проводимостью.

Основные правила при использовании мощных МОП ПТ

1. Необходимо остерегаться выбросов напряжения сток-исток, которые появляются при переключениях.
2. Нельзя превышать параметры пикового тока
3. Не рекомендуется работать на среднем значении тока, выше нормированного значения.
4. Желательно оставаться в заданных температурных пределах.
5. Обязательно нужно обращать внимание на топология схемы.
6. Необходимо соблюдать осторожность, применяя интегральный диод тело-сток.
7. Нужно соблюдать предельную внимательность, сравнивая нормы токовых значений.

Обладая огромными преимуществами, мощные полевые транзисторы МОП при правильном применении служат для улучшения конструкции системы, которая при обладании меньшим количеством элементом может быть лучше, компактнее, функциональнее, чем аналогичные приборы, но другой компоновки и типа.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.