Содержание
- 2. 2 1. Классификация полевых транзисторов 2. Устройство и принцип действия полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. 3.
- 3. 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ 3 Полевыми транзисторами называют полупроводниковые приборы, у которых для управления электрическим током
- 4. 2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ 4
- 5. 2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ 5
- 6. 3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК 6 При использовании металлического затвора на поверхности полупроводникового
- 7. 3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК 7 Применение для управления током в канале перехода
- 8. 4. ВЫХОДНЫЕ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 8 Выходные характеристики
- 9. 9 Передаточные характеристики.
- 10. 44. ТРАНЗИСТОРЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ- IGBT ТРАНЗИСТОРЫ 10 В современной силовой электронике широкое распространение получили так называемые
- 11. Принцип работы заключается в том, что полевой транзистор управляет мощным биполярным. В результате переключение мощной нагрузки
- 12. История появления IGBT (БТИЗ). Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году, а уже в 1979
- 13. Условное обозначение БТИЗ (IGBT) на принципиальных схемах. Поскольку БТИЗ имеет комбинированную структуру из полевого и биполярного
- 14. Особенности и сферы применения IGBT (БТИЗ). Отличительные свойства IGBT: Управляется напряжением (как любой полевой транзистор); Имеют
- 15. MOSFET MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл – окисел – полупроводник) и
- 16. Основу МДП-транзистора составляет: Подложка из кремния. Подложка может быть как из полупроводника p-типа, так и n-типа.
- 17. Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом (+) к выводу затвора, то между металлическим выводом
- 18. Электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними, формирует своеобразный электрический конденсатор. Обкладками
- 20. Скачать презентацию
2
1. Классификация полевых транзисторов
2. Устройство и принцип действия полевого транзистора с
2
1. Классификация полевых транзисторов
2. Устройство и принцип действия полевого транзистора с
3. Особенности полевого транзистора с управляющим переходом металл-полупроводник.
4. Транзисторы силовой электроники – IGBT транзисторы
УЧЕБНЫЕ ВОПРОСЫ
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
3
Полевыми транзисторами называют полупроводниковые приборы, у которых
1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
3
Полевыми транзисторами называют полупроводниковые приборы, у которых
полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом
полевые транзисторы со структурой металл-диэлектрик
(полевые транзисторы с изолированным затвором )
МДП-транзисторы с индуцированным каналом
МДП-транзисторы со встроенным (собственным) каналом
2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ
4
2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ
4
2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ
5
2. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
С УПРАВЛЯЮЩИМ p-n-ПЕРЕХОДОМ
5
3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК
6
При использовании металлического
3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК
6
При использовании металлического
3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК
7
Применение для управления
3. ОСОБЕННОСТИ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ ПЕРЕХОДОМ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК
7
Применение для управления
Замена p-n-перехода контактом металл-полупроводник дало следующие преимущества:
позволило исключить из технологического процесса операцию диффузии, что дало возможность уменьшить длину канала до 0,5-1,0 мкм;
меньшая глубина залегания перехода металл-полупроводник позволила уменьшить проходную емкость затвор-сток, определяющую максимальную частоту устойчивого усиления;
- исключение температурной обработки материалов, связанной с процессом диффузии, дало возможность использовать для изготовления полевых транзисторов нового материала арсенида галлия (GaAs), подвижность электронов в котором в 3-4 раза превышает подвижность электронов в кремнии (Si).
4. ВЫХОДНЫЕ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
8
Выходные характеристики
4. ВЫХОДНЫЕ И ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
8
Выходные характеристики
9
Передаточные характеристики.
9
Передаточные характеристики.
44. ТРАНЗИСТОРЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ- IGBT ТРАНЗИСТОРЫ
10
В современной силовой электронике широкое
44. ТРАНЗИСТОРЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ- IGBT ТРАНЗИСТОРЫ
10
В современной силовой электронике широкое
Аббревиатура заимствована из зарубежной терминологии и расшифровывается как Insulated Gate Bipolar Transistor, а на русский манер звучит как Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором. Поэтому IGBT транзисторы ещё называют БТИЗ.
БТИЗ представляет собой электронный силовой прибор, который используется в качестве мощного электронного ключа, устанавливаемого в импульсные источники питания, инверторы, а также системы управления электроприводами.
IGBT транзистор - это электронный компонент, который представляет собой гибрид полевого и биполярного транзистора. Данное сочетание привело к тому, что он унаследовал положительные качества, как полевого транзистора, так и биполярного.
Принцип работы заключается в том, что полевой транзистор управляет мощным биполярным.
Принцип работы заключается в том, что полевой транзистор управляет мощным биполярным.
Внутренняя структура БТИЗ – это каскадное подключение двух электронных входных ключей, которые управляют оконечным плюсом.
Процесс работы БТИЗ может быть представлен двумя этапами: как только подается положительное напряжение, между затвором и истоком открывается полевой транзистор, то есть образуется n - канал между истоком и стоком. При этом начинает происходить движение зарядов из области n в область p, что влечет за собой открытие биполярного транзистора, в результате чего от эмиттера к коллектору устремляется ток.
11
История появления IGBT (БТИЗ).
Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году,
История появления IGBT (БТИЗ).
Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году,
Несколько позже, в 1985 году был представлен БТИЗ, отличительной особенностью которого была плоская структура, диапазон рабочих напряжений стал больше. Так, при высоких напряжениях и больших токах потери в открытом состоянии очень малы. При этом устройство имеет похожие характеристики переключения и проводимости, как у биполярного транзистора, а управление осуществляется за счет напряжения.
Первое поколение устройств имело некоторые недостатки: переключение происходило медленно, да и надежностью они не отличались. Второе поколение увидело свет в 90-х годах, а третье поколение выпускается по настоящее время: в них устранены подобнее недостатки, они имеют высокое сопротивление на входе, управляемая мощность отличается низким уровнем, а во включенном состоянии остаточное напряжение также имеет низкие показатели.
Уже сейчас пользователю доступны IGBT транзисторы, которые могут коммутировать токи в диапазоне от нескольких десятков до сотен ампер (Iкэ max), а рабочее напряжение (Uкэ max) может варьироваться от нескольких сотен до тысячи и более вольт.
12
Условное обозначение БТИЗ (IGBT) на принципиальных схемах.
Поскольку БТИЗ имеет комбинированную структуру
Условное обозначение БТИЗ (IGBT) на принципиальных схемах.
Поскольку БТИЗ имеет комбинированную структуру
Условное графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором. Также он может изображаться со встроенным быстродействующим диодом.
13
Особенности и сферы применения IGBT (БТИЗ).
Отличительные свойства IGBT:
Управляется напряжением (как любой
Особенности и сферы применения IGBT (БТИЗ).
Отличительные свойства IGBT:
Управляется напряжением (как любой
Имеют низкие потери в открытом состоянии;
Могут работать при температуре более 1000C;
Способны работать с напряжением более 1000 Вольт и мощностями свыше 5 киловатт.
Перечисленные особенности позволили применять IGBT транзисторы в инверторах, частотно-регулируемых приводах и в импульсных регуляторах тока. Кроме того, они часто применяются в источниках сварочного тока в системах управления мощными электроприводами, которые устанавливаются, например, на электротранспорт: электровозы, трамваи, троллейбусы. Такое решение значительно увеличивает КПД и обеспечивает высокую плавность хода.
Кроме того, устанавливают данные устройства в источниках бесперебойного питания и в сетях с высоким напряжением. Их можно обнаружить в составе электронных схем стиральных, швейных и посудомоечных машин, инверторных кондиционеров, насосов, системах электронного зажигания автомобилей, системах электропитания серверного и телекоммуникационного оборудования. Как видим, сфера применения БТИЗ довольно велика.
14
MOSFET
MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл –
MOSFET
MOSFET – это сокращение от двух английских словосочетаний: Metal-Oxide-Semiconductor (металл –
MOSFET, MOS, МДП, МОП обозначают одно и тоже, а именно полевой транзистор с изолированным затвором.
Наравне с аббревиатурой MOSFET применяется сокращение J-FET (Junction – переход). Транзистор J-FET также является полевым, но управление им осуществляется за счёт применения в нём управляющего p-n перехода.
15
Основу МДП-транзистора составляет:
Подложка из кремния. Подложка может быть как из полупроводника
Основу МДП-транзистора составляет:
Подложка из кремния. Подложка может быть как из полупроводника
Области полупроводника n+. Данные области сильно обогащены свободными электронами (поэтому "+"), что достигается введением примеси в полупроводник. К данным областям подключаются электроды истока и стока.
Диэлектрик. Он изолирует электрод затвора от кремниевой подложки. Сам диэлектрик выполняют из оксида кремния (SiO2). К поверхности диэлектрика подключен электрод затвора – управляющего электрода.
16
Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом (+) к выводу
Если между затвором и истоком приложить напряжение плюсом (+) к выводу
В результате в приповерхностном слое скапливается достаточно большое количество электронов и формируется так называемый канал – область проводимости. На рисунке канал показан синим цветом. То, что канал типа n – это значит, что он состоит из электронов. Как видим между выводами истока и стока, и собственно, их областями n+ образуется своеобразный «мостик», который проводит электрический ток.
Между истоком и стоком начинает протекать ток. Таким образом, за счёт внешнего управляющего напряжения контролируется проводимость полевого транзистора. Если снять управляющее напряжение с затвора, то проводящий канал в приповерхностном слое исчезнет и транзистор закроется – перестанет пропускать ток. Следует отметить, что на рисунке упрощённой модели показан полевой транзистор с каналом n-типа. Также существуют полевые транзисторы с каналом p-типа.
Показанная модель является сильно упрощённой. В реальности устройство современного MOS-транзистора гораздо сложнее. Но, несмотря на это, упрощённая модель наглядно и просто показывает идею, которая была заложена в его устройство.
17
Электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними,
Электрод затвора и подложка вместе с диэлектриком, который находится между ними,
Полевые транзисторы в отличие от биполярных обладают меньшими собственными шумами на низких частотах. Поэтому их активно применяют в звукоусилительной технике. Так, например, современные микросхемы усилителей мощности низкой частоты для автомобильных CD/MP3-проигрывателей имеют в составе MOSFET'ы.
Полевой транзистор, в сравнении с транзисторами биполярного типа, обладает более высоким входным сопротивлением, которое может достигать 10 в 9-й степени Ом и более. Эта особенность позволяет рассматривать данные приборы как управляемые потенциалом или по-другому - напряжением. На сегодня это лучший вариант создания схем с достаточно низким потреблением электроэнергии в режиме статического покоя. Данное условие особенно актуально для статических схем памяти имеющих большое количество ячеек.
Если говорить о ключевом режиме работы транзисторов, то в данном случае биполярные показывают лучшую производительность, так как падение напряжений на полевых вариантах очень значительно, что снижает общую эффективность работы всей схемы. Несмотря на это, в результате развития технологии изготовления полупроводниковых элементов, удалось избавиться и от этой проблемы. Современные образцы обладают малым сопротивлением канала и прекрасно работают на высоких частотах.
18