Полевые транзисторы с изолированным затвором
В полевом транзисторе с изолированным затвором управляющий электрод - затвор (Gate) - электрически изолирован от основного канала слоем диэлектрика. Поэтому он называется МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) - транзистор. Но т.к. в качестве диэлектрика обычно используется оксид кремния, то чаще применяется название МОП (металл- оксид-полупроводник) - транзистор (MOSFET - metal-oxide-semiconductor field-effect transistor).
Основной канал транзистора с изолированным затвором может быть как встроенным (Depletion mode transistor), так и индуцированным (Enhancement mode transistor). Транзистор со встроенным (или собственным) каналом в нормальном состоянии, т.е без управляющего сигнала, открыт и для его закрытия необходимо подать на затвор относительно истока напряжение. Транзистор с индуцированным (или инверсным) каналом наоборот закрыт, а подача напряжения на затвор его открывает.
В настоящее время наибольшее распространение получили МОП-транзисторы с индуцированным каналом, именно они являются основным компонентом в цифровой электронике. Транзисторы со встроенным каналом распространены значительно меньше и используются только в аналоговой технике.
Так как затвор в MOSFET-транзисторах изолирован от основного канала, то их входное сопротивление затвор-исток очень высоко и ток управления, соответственно, ничтожно мал. А благодаря современным технологиям производителям удалось достичь и очень низкого сопротивления основного канала в открытом состоянии, что делает потери сигнала минимальными. Эти свойства полевых транзисторов с изолированным затвором делает их очень эффективными в силовой технике для коммутации сигналов, а в цифровой электронике позволяет создавать микросхемы на их основе по КМОП-технологии с максимальной степенью интеграции.
При изготовлении полевых транзисторов с изолированным затвором из-за особенностей технологии параллельно основному каналу между стоком и истоком образуется паразитный диод, направленный против тока в открытом канале. Преодоление его влияния является одной из сложностей применения этих транзисторов, которую решают различными приемами схемотехники.
Основные характеристики транзисторов MOSFET
- Максимальная рассеиваемая мощность стока, Pd
- Power Dissipation. Мощность в ваттах, выделяемая полевым транзистором, равна произведению тока через основной канал на падение напряжения на нем. Если она больше максимально допустимой для конструкции транзистора, то происходит его перегрев и тепловой пробой. Для мощных транзисторов этот параметр указывается при условии установки их на дополнительный теплоотвод.
- Максимально допустимое напряжение сток-исток, Vds
- Drain-Source Voltage. Максимальное напряжение между стоком и истоком в вольтах, превышение которого вызывает электрический пробой основного канала транзистора.
- Максимальное напряжение затвор-исток, Vgs
- Gate-Source Voltage. Напряжение в вольтах между затвором и истоком, при котором канал полевого транзистора гарантированно полностью открыт и его сопротивление равно Rds. Т.е. соответствует режиму насыщения.
- Пороговое напряжение включения затвора, Vgs(th)
- Gate Threshold Voltage. Напряжение в вольтах, поданное на затвор-исток, при котором канал полевого транзистора только начинает открываться.
- Максимально допустимый постоянный ток стока, Id
- Continuous Drain Current. Максимальный постоянный ток через сток - выходной ток в амперах, который может выдержать транзистор длительное время без теплового пробоя.
- Сопротивление открытого перехода сток-исток, Rds
- Drain-Source On-State Resistance. Сопротивление полностью открытого главного канала полевого транзистора между стоком и истоком в омах при максимальном напряжении на затворе, т.е. в режиме насыщения.
- Общий заряд затвора, Qg
- Total Gate Charge. Суммарный электрический заряд в нанокулонах, необходимый затвору для перевода основного канала транзистора в открытое состояние. Чем он больше, тем, соответственно, больше нужно времени и тока на открытие канала.
- Время нарастания импульса открытия, Tr
- Rise Time. Время в наносекундах, за которое происходит нарастание тока стока транзистора от 10% до 90% от максимального для полностью открытого состояния.
- Входная емкость, Ci
- Input Capacitance. Паразитная емкость между затвором и каналом МОП-транзистора в пикофарадах. При увеличении частоты управляющего сигнала приводит к существенному возрастанию ток затвора, расходуемого на ее перезаряд.