Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






ПРИБОРЫ СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ





 

Мощные полевые транзисторы:

В соответствии с существующей классификацией, к мощным относятся транзисторы с рассеиваемой мощностью более 3 Вт. Следует отметить, что разработаны и серийно выпускаются приборы с рабочими токами в тысячи ампер и рабочими напряжениями в тысячи вольт.

Первые мощные n-канальные МДПТ имели горизонтальную структуру. В соответствии с рисунком 1.59 транзисторы имеют протяженный участок стоковой n-области. Это обеспечивает высокие рабочие напряжения без опасности перекрытия короткого (около 5 мкм) канала. Структура поверхности этих приборов сильно разветвлена и имеет вид змейки, что позволяет увеличить ширину и этим добиться больших рабочих токов, исчисляемы амперами (у транзисторов КП904 и КП907).

Рисунок 1.59 – Структура мощного n-канального МДП-транзистора

с горизонтальной структурой

 

В упрощенном виде, ВАХ мощного ПТ в омической области описывается выражением

, (1.94)

где b – ширина канала;

l – длина канала;

- удельная емкость затвора.

Крутизна транзистора в пологой области в упрощенном виде описывается соотношением

. (1.95)

Фактически на работу мощных ПТ с горизонтальной структурой большое влияние оказывают различные физические эффекты: изменение канальной поверхностной подвижности µn и длины канала l, а так же влияние объемных сопротивлений rИ и rC и явление электрического пробоя при больших напряжениях на стоке.

Лучших электрических параметров удается добиться при изготовлении МДП-транзисторов с вертикальной структурой. Структура VМДПТ имеет вид в соответствии c рисунком 1.60.

Такие транзисторы имеют малую длину канала l, определяемую толщиной p-области (порядка 1 мкм).

 

Рисунок 1.60 — Структура мощного n-канального VМДП-транзистора

 

Транзисторы имеют объемную n-область. В эту область вытесняется объемный заряд при высоких напряжениях UСИ и заметно снижается сопротивление канала в открытом состоянии.

Транзисторы со статической индукцией:

Транзисторы со статической индукцией (SIT – Static Induction Transistor) являются разновидность полевых приборов с p-n-переходом.



Большие рабочие токи и большая рассеиваемая мощность достигаются использованием многоячеечной структуры канала и короткого канала, достигаемого вертикальным расположением истока и стока в соответствии с рисунком 1.61.

Рисунок 1.61 — Структура транзистора со статической индукцией (СИТ)

 

Рассматриваемый прибор имеет встроенный канал n-типа, состоящий из тысяч элементарных ячеек. Роль затвора играют области p-типа, имеющие форму цилиндров.

Характеристики СИТ приборов в соответствии с рисунком 1.62 напоминают ВАХ электровакуумных триодов.

Рисунок1.62– Вольт-амперная характеристика СИТ

 

При увеличении запирающего напряжения UЗИ области p-n-перехода расширяются и, следовательно, проводящий канал сужается, как и в обычном ПТ с p-n-переходом. Однако влияние напряжения сток-исток на ВАХ у СИТ проявляется по-иному. Падение напряжения на канале СИТ, вызванное протеканием тока стока не велико благодаря очень малой длине канала и не обладает заметным управляющим действием. Не происходит заметного расширения областей p-n-перехода за счет напряжения сток-исток и, следовательно, не формируется пологий участок ВАХ СИТ, как у обычных ПТ с p-n-переходом.

Фактически, при увеличении напряжения UСИ уменьшается напряженность электрического поля в области затвора и истока, тормозящего электроны при их движении от истока к стоку. Увеличение напряжения сток-исток приводит к росту тока стока. Чем больше напряжение сток-исток, тем круче ВАХ. Это позволяет достигать очень малых дифференциальных сопротивлений канала Ri (долей Ома).

Передаточные характеристики СИТ в соответствии с рисунком 1.63 имеют протяженный линейный участок, что представляет интерес для разработки усилительных устройств большой мощности с малыми нелинейными искажениями (Hi-Fi - High Fidelity).

Рисунок 1.63 – Характеристика прямой передачи СИТ

 

Другой перспективной областью применения СИТ является силовая электроника, где транзисторы используются в ключевом режиме, реализуя очень высокие значения коэффициента качества

, (1.96)

при незначительной мощности, потребляемой цепями управления.

Если к управляющему входу СИТ приложить отпирающее напряжение, то он будет работать как биполярный транзистор. Такой режим позволяет расширить динамический диапазон, улавливаемых сигналов и добиться минимальных значений сопротивления канала. Однако, в этом случае будут проявляться и недостатки, присущие БТ: заметные мощности, потребляемые цепями управления и снижение быстродействия из-за явлений накопления и рассасывания неравновесных носителей заряда.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором:

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) являются гибридными полупроводниковыми приборами, сочетающими особенности биполярных и полевых транзисторов. Как биполярные транзисторы в IGBT транзисторов используется эффект инжекции носителей заряда, как полевые транзисторы со структурой МДП рассматриваемые приборы используют полевой эффект управления выходным током.



Устройства IGBT выполненного на основе МДПТ с индуцированным каналом n-типа имеют структурный вид в соответствии с рисунком 1.64, где также приведена эквивалентная электрическая схема.

В отличие от МДПТ, изготовленного методом двойной диффузии в IGBT приборе используется дополнительный слой полупроводника p-типа, играющего функцию коллектора. Прибор имеют вертикальную структуру, а верхний электрод называется эмиттером. Индуцированный канал образуется между n-областями, при подаче напряжения положительной полярности между затвором и эмиттером.

а) структура б) эквивалентная схема

Рисунок 1.64 – Биполярный транзистор с изолированным затвором

 

Как видно из устройства эквивалентной схемы, прибор содержит три транзисторные структуры: VT1-полевой транзистор с изолированным каналом n-типа, VT2-биполярный транзистор со структурой n-p-n и VT3-биполярный транзистор со структурой p-n-p. Нижний n-слой является базовой областью

p-n-p транзистора и обладает модулированным сопротивлением rМ, которое зависит от протекающего через него тока.

В типовом режиме работы транзистор VT2 является паразитным и не должен оказывать влияния (находится в закрытом состоянии). Основную роль выполняют транзисторы VT1 и VT3. Эмиттерный переход транзистора VT3 предназначен для инжекции дырок. Инжекция существенно уменьшает сопротивление нижнего n-слоя. В результате, напряжение Uкэ IGBT транзистора в открытом состоянии значительно меньше, чем напряжение Uси соответствующих мощных МДП транзисторов. Преимущество IGBT при коммутации высоких напряжений (единицы - десятки киловольт), так как высоковольтные ПТ имеют большее сопротивление выходных цепей в открытом состоянии (RK0). Инжекция дырок приводит к возникновению объёмного заряда в нижнем слое n-типа, что объясняет меньшее быстродействие IGBT приборов по сравнению с ПТ.

Следует отметить, что транзисторы VT2 и VT3 образуют тиристорную структуру. В аварийном режиме может проявиться тиристорный эффект, при котором IGBT становится неуправляемым и при отсутствии внешних элементов, ограничивающих ток, может выйти из строя. Современные IGBT имеют встроенные элементы защиты от тиристорного эффекта.

Выходные и передаточные характеристики IGBT приведены на рисунке. Выходная характеристика- это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при заданном напряжении затвор-эмиттер UЗЭ. Передаточная характеристика отражает зависимость тока коллектора IK от напряжения затвор-эмиттер UЗЭ.

Усилительные свойства IGBT – транзистора характеризуется крутизной. Крутизна IGBT транзисторов может достигать десятков Ампер на Вольт. IGBT транзисторы, как и другие мощные МДП транзисторы обладают повышенной тепловой устойчивостью. IGBT транзисторы обладают также таким достоинством как устойчивость к кратковременному короткому замыканию нагрузки.

 






Date: 2015-05-09; view: 394; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2018 year. (0.007 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию