полупроводник). Он широко применяется в интегральной схемотехнике, а также в технических разработках на дискретных элементах. Физический смысл разработки таков:
1 Пусть Uc = 0 , тогда VT2 закрыт. Так как у источника сигнала Uc есть
внутреннее сопротивление, то уровень земли проходит на затвор VT1, в итоге, между затвором и истоком VT1 приложено напряжение питания, т.е. VT1 открыт. Напряжение + E0 через открытый VT1 проходит на выход, при этом VT2 закрыт.
Если нагрузка тоже затвор (изоляция), то в цепи нагрузки потребления нет. Следовательно, в этом состоянии схема не потребляет от источника, а на выходе устанавливается высокий уровень, называемый единицей.
2 Пусть с источника сигнала UC поступает высокий уровень 1, причём этот уровень равен + E0 , следовательно, напряжение между затвором и истоком VT1
будет равно нулю, VT1 будет заперт, а VT2 открыт. На выходе выделится низкий уровень, называемый нулём.
Особенности этих двух состояний заключается в том, что выходные сопротивления невелики, они образуются в первом случае через открытый VT1, а во втором через открытый VT2 . Поэтому, если к выходам подключены затворы, в сущности это конденсаторы, ёмкости, накапливающие заряд, то перезаряд их производится быстро.
Возможны три случая работы этой схемы:
1 + UЗ02 > UC
2U
3U
З01 + UЗ02 = UC
З01 + UЗ02 < UC
В первом случае переключение происходит через закрытое состояние обоих транзисторов, следовательно, сквозного тока нет по цепи + E0 VT1 VT2 земля,
т.к. они оба закрыты.
Во втором случае переключение происходит на границе сквозного тока, поэтому есть небольшое потребление в момент переключения.
В третьем случае протекает сквозной ток в момент переключения, он может выжечь пару. Для предотвращения выжигания обычно включают резистор R доб
между + E0 и VT1.
1.3.4 Транзисторы типа MOSFET
Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor. Транзисторы данного типа предназначены для включения в мощные мостовые импульсные каскады типа П, Т и других подобных схем. Представляют разновидность униполярных транзисторов, которые, как известно, при повышении температуры повышают своё сопротивление, а это значит, что их можно соединять параллельно до нескольких тысяч штук без выравнивающих резисторов. На рисунке 1.25, а приведено условное изображение MOSFET транзистора, из которого следует, что подложка соединена с истоком, причем производится это соединение на этапе технологического процесса.
30
Если бы этого соединения не было, то был бы обычный униполярный транзистор, эквивалентная схема которого изображена на рисунке 1.25, б.
Рисунок 1.25 – Транзистор типа MOSFET
Из этой конструкции видно, что электроды исток и сток совместно с подложкой образуют одновременно с униполярным транзистором (как здесь и показано) биполярный транзистор. Ниже, на рисунке 1.26, приведена эквивалентная схема униполярного транзистора:
R1
C
VT1 |
VT2 |
R2 
Рисунок 1.26 – Эквивалентная схема униполярного транзистора
R1 – эквивалент транзистора в открытом состоянии. Это сопротивление больше в сравнении с сопротивлением биполярного транзистора в открытом состоянии, считается недостатком униполярного транзистора. Сопротивление тем больше, чем высоковольтнее транзистор;
C – ёмкость “сток-исток”, больше в сравнении с ёмкостью биполярного транзистора (также недостаток);
R 2 – сопротивление подложки по отношению к истоку;
VT2 – паразитный биполярный транзистор. Он закрыт, если униполярный транзистор работает в активной области или есть импульсы, но ток протекает в одном направлении. Но если униполярный транзистор включен в П- или Т-схему, то ток течёт в двух направлениях. Паразитный транзистор VT2, находящийся в области насыщения, образует задержку, т.е. снижает быстродействие. Поэтому разработчики предложили соединить внутри интегрального транзистора подложку
31
и исток. Это эквивалентно закорачиванию базы и эмиттера паразитного биполярного транзистора.
После соединения переход Б – Э паразитного биполярного транзистора закорачивается и остается переход Б – К, что эквивалентно диоду VD . Поэтому на условных изображениях MOSFET имеет дополнительный паразитный диод VD . Конструктивно транзистор MOSFET представляет собой подложку с множеством микроотверстий. Эти микроотверстия интегральным способом заполняются изоляцией (трубочкой), затем сверху располагают затвор. С нижней и верхней сторон плоскости располагают сток и исток, соединённые параллельно. Таким образом, множество микротранзисторов образует один общий транзистор с большими токами.
Кдостоинствам данной конструкции следует отнести:
1Несложность входных схем управления и малое потребление, так как затворы изолированы; управление осуществляется напряжением. Низковольтные транзисторы управляются логическими уровнями: логический нуль – max 0, 4 В;
логическая единица – max 4, 5 В.
2 При повышении напряжения в открытом состоянии падение напряжения стокисток возрастает, следовательно, транзисторы можно объединять параллельно в необходимом количестве без дополнительных резисторов.
3 В связи с отсутствием времени рассасывания они более высокочастотны в сравнении биполярными транзисторами.
1.3.5 Транзисторы IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor. Схема, изображенная на рисунке 1.27, в,
эквивалентна второму и первому изображению на этом же рисунке.
Рисунок 1.27 – Эквивалентные схемы униполярного транзистора
Она является конструктивным развитием первого рисунка (см. рисунок 1.27, а), при котором паразитный биполярный транзистор VT2 не подавляется как в MOSFET, а сохраняется. К нему добавляют внутри интегральной микросхемы еще
32