На просторах интернета достаточно много информации о полевых транзисторах (далее ПТ) и их параметрах, но один из довольно простых, на первый взгляд, параметров, а именно – максимальный постоянный ток, который транзистор может через себя пропустить в ключевом режиме, и не сгореть – приводится в даташитах как-то размыто и неочевидно.

В статье будет рассмотрен пример расчёта максимального тока через MOSFET SQM50P03-07 (взял первый попавшийся из своей схемы), работающий в ключевом режиме, или на участке насыщения.

Современная микроэлектроника практически полностью построена вокруг кремниевых КМОП-микросхем. Как вышло, что кремний опередил появившийся раньше германий и более перспективный арсенид галлия, я уже рассказывал раньше, а сегодня давайте поговорим о другом полупроводниковом материале, стремительно ворвавшемся в царство кремния и готовящемся остаться в нем всерьез и надолго. Этот материал — карбид кремния (SiC).


Статья получилась длинной, поэтому спойлеры: гегемонии кремния в микропроцессорах ничего не угрожает, но в силовой электронике SiC действительно намного лучше. В частности, внутри статьи можно будет увидеть чуть-чуть внутренностей автомобилей Tesla и много силовых полупроводниковых приборов.

Работая со схемой, управляющей приличной силой тока, вы зачастую сталкиваетесь с полевыми транзисторами (FET, Field-Effect Transistor). Независимо от того, хотите ли вы управлять парой мощных светодиодов, двигателем или включать/отключать USB-устройство, в схеме обычно присутствует полевой транзистор, выполняющий часть ответственной работы. Вы можете не знать, как именно он функционирует, как его использовать и какие нюансы при этом учитывать — поэтому начнём с основ.

В прошлый раз мы разобрали основы полевых транзисторов, поговорили об их нюансах и возможных подвохах. Но на основах здесь дело не заканчивается, поэтому давайте разберём реальные случаи применения этих транзисторов во всём их разнообразии! Я хочу показать вам несколько крутых схем, где дружелюбные полевики, особенно их МОП-модификация, способны вам помочь. Попутно с этим я также представлю вам несколько полевых транзисторов, с которыми вы, как мне кажется, подружитесь надолго. Если, конечно, вы с ними ещё не знакомы.

Введение

А теперь давайте поговорим о полевых транзисторах. Что можно предположить уже по одному их названию? Во-первых, поскольку они транзисторы, то с их помощью можно как-то управлять выходным током. Во-вторых, у них предполагается наличие трех контактов. И в-третьих, в основе их работы лежит p-n переход. Что нам на это скажут официальные источники?

Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, обычно с тремя выводами, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля. (electrono.ru)

Определение не только подтвердило наши предположения, но и продемонстрировало особенность полевых транзисторов — управление выходным током происходит посредством изменения приложенного электрического поля, т.е. напряжения. А вот у биполярных транзисторов, как мы помним, выходным током управляет входной ток базы.

Еще один факт о полевых транзисторах можно узнать, обратив внимание на их другое название — униполярные. Это значит, что в процессе протекания тока у них участвует только один вид носителей заряда (или электроны, или дырки).

Три контакта полевых транзисторов называются исток (источник носителей тока), затвор (управляющий электрод) и сток (электрод, куда стекают носители). Структура кажется простой и очень похожей на устройство биполярного транзистора. Но реализовать ее можно как минимум двумя способами. Поэтому различают полевые транзисторы с управляющим p-n переходом и с изолированным затвором.

Вообще, идея последних появилась еще в 20-х годах XX века, задолго до изобретения биполярных транзисторов. Но уровень технологии позволили реализовать ее лишь в 1960 году. В 50-х же был сначала теоретически описан, а затем получил воплощение полевой транзистор с управляющим p-n переходом. И, как и их биполярные «собратья», полевые транзисторы до сих пор играют в электронике огромную роль.

Перед тем, как перейти к рассказу о физике работы униполярных транзисторов, хочу напомнить ссылки, по которым можно освежить свои знания о p-n переходе: раз и два.

Тем, кто любит гикпорн-фотографии от BarsMonster и его товарищей по цеху, наверняка интересно научиться расшифровывать логическую схему по её фотографии. Например, что делает вот этот кусочек Z80?


Яркие вертикальные полосы — это металлические проводники; горизонтальные полосы, от которых видны только тёмные границы — это проводники из поликремния; область неправильной формы с ярко-чёрной границей — это легированная часть кремниевой подложки; желтоватые круги — это соединения между слоями микросхемы.

Каждый транзистор образован поликремниевым проводником, пересекающим область легированного кремния:

По традиции, такие транзисторы называют MOSFET («металл-оксид-полупроводник»), даже когда затвор не металлический, а поликремниевый. Автор вполушутку предположил, что ни один производитель поликремниевых транзисторов не хотел называть их POS.

Работа транзистора заключается в том, что когда к затвору приложено положительное напряжение, то легированная область, включающая исток и сток, становится проводящей; когда напряжение с затвора снято, то исток и сток размыкаются.

Вот та же самая фотография с размеченными транзисторами и проводниками: (я добавил в авторскую иллюстрацию обозначения соединений между слоями)

На этот раз рассказываю про карбид кремния (SiC) и свои разработки и эксперименты с ним.
Из статьи вы узнаете особенности применения карбид-кремниевых MOSFET-транзисторов и диодов, как выбрать элемент и сравнение с кремниевыми (Si) приборами, и, самое главное результаты моих экспериментов и исследований в замедлении переключения SiC-транзисторов, проведённых на моей недавней разработке – источнике питания для солнечной энергетики.



Под катом немного аналитики и практики в области силовой электроники – добро пожаловать.

Эта статья расскажет вам о применении и сборке современных силовых модулей IGBT и MOSFET модулей, проблемах, возникающих при эксплуатации и сборке этих модулей и способах решения этих проблем.

Во второй половине 20 века кремниевые транзисторы (MOSFET) полностью заменили радиолампы в электронных устройствах. Это вполне естественно, учитывая многочисленные преимущества полупроводников: миниатюрность, дешевизна, эффективность, прочность, надёжность, и самое главное — эффективный техпроцесс химического вытравливания транзисторов в интегральных схемах. Технология позволила создавать чипы с миллиардами транзисторов. С годами они становились всё меньше, расстояние между истоком и стоком сокращалось, за счёт чего росла производительность электроники (закон Мура).

Несмотря на перечисленные недостатки, электронные лампы обладают определёнными преимуществами перед транзисторами: сам по себе вакуум — это лучшая среда для передачи электрона, чем твёрдое тело, где возникают помехи из-за столкновения электронов с атомами материала, шумы и искажения. К тому же, радиолампы более устойчивы к радиационным повреждениям.

Если в обычных транзисторах использовать вакуум, то удалось бы совместить преимущества обеих технологий. Теоретически, вакуумный транзистор может работать на терагерцовых частотах, на порядок быстрее существующих кремниевых аналогов. Сотрудники исследовательского центра NASA Ames давно экспериментируют в этом направлении. Им удалось добиться довольно многообещающих результатов, пишет IEEE Spectrum.

Сегодня кажется, что современная электроника, это что-то монолитное, твёрдое, но недалёк тот день и час, когда электронные устройства станут гибкими (и некоторые производители уже преуспели!), смартфоны можно будет свернуть в трубочку, а монитор в 2 метра будет автоматически «раскатываться» при включении телевизора или компьютера… Это, конечно, пока мечты, но реальная гибкая электроника уже во всю производится в лабораториях по всему миру в качестве опытных образцов для поиска наиболее оптимальной и дешёвой технологии.

Предлагаемый Вашему вниманию драйвер шины 1-Wire не является чем-то революционным, все использованные схемотехнические решения давно известны. Причиной публикации стало желание не загромождать статью о программной реализации примитивов 1-Wire-master на основе PWM и ICP.

Предисловие

Очень рад в подробностях рассказать о своей первой интегральной схеме и поделиться перипетиями этого проекта, которым занимался на протяжении прошлого года. Надеюсь, мой успех вдохновит других и поможет начать революцию в производстве домашних микросхем. Когда я приступил к этому проекту, то понятия не имел, во что ввязался, но в итоге узнал больше, чем когда-либо думал, о физике, химии, оптике, электронике и многих других областях.

Кроме того, мои усилия сопровождались лишь самыми положительными отзывами и поддержкой со всего мира. Искренне благодарен всем, кто мне помогал, давал советы и вдохновлял на этот проект. Особенно моим удивительным родителям, которые не только всегда поддерживают и поощряют меня как только могут, но и предоставили рабочее место и смирились с затратами на электроэнергию… Спасибо!



Без дальнейших церемоний представляю первую интегральную схему (ИС), изготовленную литографическим способом в домашних (гаражных) условиях — PMOS-чип двойного дифференциального усилителя Z1.