Сравнение МДП- и биполярного транзистора

МДП-транзисторы и биполярные транзисторы выполняют одинаковые функции: работают в схеме, или в качестве линейного усилителя, или в качестве ключа. В табл. 4.1 приведено краткое обобщающее сравнение транзисторов этих двух типов.

Таблица 4.1 Свойства биполярных и МДП-транзисторов

Биполярные транзисторы	МДП-транзисторов
Физические свойства
Управляемый физический процесс – инжекция неосновных носителей заряда: изменяется ток управления – изменяется поток инжектированных носителей заряда, что приводит к изменению выходного тока.	Управляемый физический процесс – эффект поля, вызывающий изменение концентрации носителей заряда в канале: изменяется управляющее напряжение – изменяется проводимость канала, что приводит к изменению выходного тока.
Выходной ток обеспечивается носителями заряда обоих знаков (дырками и электронами).	Выходной ток обеспечивается основными носителями заряда одного знака (или дырками, или электронами).
Низкая теплостойкость: с увеличением тока растет температура структуры, что приводит к большему увеличению тока.	Высокая теплостойкость: рост температуры структуры приводит к увеличению сопротивления канала, и ток уменьшается.
Особенности эксплуатации
Прибор управляется током, т.к. на входе имеется прямосмещенный p–n-переход и входное сопротивление мало.	Прибор управляется напряжением, входное сопротивление очень велико, т.к. входная цепь от выходной цепи изолирована диэлектриком.
Относительно небольшой коэффициент усиления по току.	Очень большой коэффициент усиления по току.
Необходимость специальных мер по повышению помехоустойчивости.	Высокая помехоустойчивость.
Высокая вероятность саморазогрева и вторичного пробоя: сужение области безопасной работы (ОБР).	Низкая вероятность теплового саморазогрева и вторичного пробоя – расширение ОБР.
Высокая чувствительность к токовым перегрузкам.	Низкая чувствительность к токовым перегрузкам.

В настоящее время полевые транзисторы вытесняют биполярные в ряде применений. Это связано с тем, что, во-первых, управляющая цепь полевых транзисторов потребляет ничтожную энергию, т.к. входное сопротивление этих приборов очень велико. Как правило, усиление мощности и тока в МДП-транзисторах много больше, чем в биполярных. Во-вторых, вследствие того, что управляющая цепь изолирована от выходной цепи, значительно повышаются надежность работы и помехоустойчивость схем на МДП-транзисторах. В-третьих, МДП-транзисторы имеют низкий уровень собственных шумов, что связано с отсутствием инжекции носителей заряда. В-четвертых, полевые транзисторы обладают более высоким быстродействием, т.к. в них нет инерционных процессов накопления и рассасывания носителей заряда. В результате мощные МДП-транзисторы все больше вытесняют биполярные транзисторы там, где требуется высокое быстродействие и повышенная надежность работы.

Однако МДП-транзисторы имеют и недостатки. Во-первых, вследствие высокого сопротивления канала в открытом состоянии МДП-транзисторы имеют большее падение напряжения, чем падение напряжения на насыщенном биполярном транзисторе. Во-вторых, МДП-транзисторы имеют существенно меньшее значение предельной температуры структуры, равное 150 (для биполярных транзисторов 200 ).

К числу основных недостатков мощных МДП-транзисторов также следует отнести вредное влияние на его работу ряда паразитных элементов, возникающих в структуре транзистора на стадии его изготовления. Все базовые ячейки мощного МДП-транзистора содержат внутренний «паразитный» биполярный n–p– n-транзистор (рис. 4.12), образованный n⁺ -истоком (эмиттер), p -областью инверсного канала (база) и эпитаксиальным n^- слоем (коллектор). Паразитный транзистор фактически параллельно подключен к рабочему каналу МДП-транзистора.

Для сохранения положительных свойств МДП- транзистора и исключения начала работы биполярного транзистора часть p -области всегда

подключают к металлизированному контакту истока (это эквивалентно закорачиванию эмиттерного перехода паразитного транзистора). Биполярный транзистор оказывается запертым и не оказывает существенного влияния на работу полевого транзистора. Однако быстрый спад или, наоборот, рост напряжения «сток – исток» полевого транзистора, что является обычным в динамических режимах, может привести к несанкционированному открытию паразитного транзистора, а это, в свою очередь, может привести к выходу из строя всей силовой схемы.

Подключение p -области транзистора к истоку создает еще один дополнительный элемент – обратновключенный диод. Поэтому МДП-транзистор проектируют таким образом, что бы данный диод соответствовал аналогичным показателям МДП-транзистора и имел малое время восстановления запирающих свойств.

Дата добавления: 2015-06-04