Speciális tranzisztorok, FET, Hőmodell

Az előadások a következő témára: "Speciális tranzisztorok, FET, Hőmodell"— Előadás másolata:

1 Speciális tranzisztorok, FET, Hőmodell
Elektronika Speciális tranzisztorok, FET, Hőmodell

2 Speciális tranzisztorok, Darlington-kapcsolás
Áramerősítési tényező megnövelése Nagyobb teljesítmény

3 Darlington problémái Lineáris üzemben: Kapcsolóüzemben:
Nagy nemlinearitás kis vezérlő áramok esetén Torzítás Előfeszítés a lineáris szakasz határára Kapcsolóüzemben: Eredő szaturációs feszültség nagyobb Nagyobb veszteségi teljesítmény (Pd=UCESat*IC) Az első tranzisztor a nemlineáris szakaszban működik

4 Komplementer Darlington
Különböző tranzisztorokból felépített Eredő tranzisztor a meghajtó Pl. műveleti erősítők végfokozata

5 Schottky-tranzisztor
Nem enged töltést felhalmozni a CB átmenetben Nem lesz CB átmeneten töltéstárolási idő Nagyobb megengedett kapcsolási frekvencia STTL -> digitális technológiában

6 Térvezérelt tranzisztor (FET)
1947-ben fejlesztették ki Sorozatgyártás csak a 60-as évektől Digitális elektronikában MOSFET-ek a teljesítmény elektronikában Vezérlése feszültséggel Változó ellenállású csatorna William Shockley a Bell Laboratóriumban

7 Konstrukciós csoportosítás

8 Záróréteges FET (JFET)
N szennyezésű csatorna Merőleges p szennyezésű réteg Hőmérsékletfüggő rétegvastagság Nincs sörétzaj Záróirányú feszültség hatására kiürített réteg nő, a töltéshordozók koncentrációja alacsony Ugs=0 esetén a csatorna a legszélesebb, ellenállása a legkisebb Egy adott Up=Ugs elzáródási feszültségnél a csatorna elzáródik Sörétzaj nincs, mivel nincs potenciálgát, termikus és flicker zaj továbbra is fellép

9 Transzfer karakterisztika
Maximális meredekség Ugs=0

10 Transzfer karakterisztika hőfokfüggése
Idz a hőmérséklet-független munkapont

11 Kimeneti karakterisztika
Ohmos tartományban a görbéknek nem azonos az iránytangense Aktív tartományban lineáris erősítő

12 JFET lineáris üzeme Erősítési felhasználás
A tranzisztor ugyanolyan körülmények mellett: Egy nagyságrenddel nagyobb meredekség Zaja a sörétzaj miatt jelentősen nagyobb Rosszabb nagyfrekvenciás tulajdonságok Munkapont beállítás feszültséggel JFET paraméterek szórására és a hőmérsékletfüggésre figyelmet kell fordítani tervezéskor

13 MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor
Bementi ellenállás sokkal nagyobb a JFET-hez képest Ha UGS>Uth IDS=K*(UGS-Uth)2 Nagyobb ellenállás, mivel a gate nincs közvetlen kapcsolatban a vezető réteggel (jó szigetelő SiO2 választja el) Feszültségmentes esetben nincs csatorna A csatorna pozitív Ugs hatására alakul ki úgy, hogy a hordozó rétegben lévő negatív töltéseket a gate alatti szigetelőhöz vonzza. A gate közelében keletkező lyuk-elektron párokat taszítja, így a szabad elektronok feldúsulása kialakítja a csatornát, amely rohamosan nő a küszöbfeszültség felett.

14 Kiürítéses MOSFET Feszültségmentes állapotban kialakított csatorna
Negatív UGS hatására a csatorna elszegényedik UGS=Uth feszültségnél elzáródik a csatorna D-S közé adott feszültség hatására telítési áram folyik Negatív Ugs hatására a csatorna elszegényedik JFET esetén pozitív Ugs a pn átmenet kinyitását eredményezné ezért tilos rákapcsolni

15 MOSFET kapcsoló üzeme Működését kapcsoló üzemben a szórt kapacitások határozzák meg Nagy sebesség Kis vezérlési teljesítmény Alacsony veszteségek

16 Kapcsolóüzemi tartományok
Ohmos tartomány Zárási tartomány Aktív tartományban a Drain áram független az Uds-től, csak Ugs-től függ Pozití együtthatójú Rds(on)

17 Kapcsolási folyamat Id<Iki és Df vezet, Uds=Ut

18 Veszteségek számítása
Ohmos terhelés esetén: Vezetési veszteségek Kapcsolási veszteségek PCOND = I2 * RDS(ON) * D PSWITCH = (ID * UDS)/2 * (tON + tOFF) * fSW PAVG= PCOND + PSWITCH

19 MOSFET vezérlése Impulzus transzformátor Optocsatoló
Totem-pole áramkörök

20 Hőmérséklet függés Ellenállás Élettartam Működési tulajdonságok
Letörési feszültség Méret

21 Hőmérsékleti model

22 Tokozások

23 Hűtőborda méretezés

24 Hűtőborda méretezés

25 Hűtőborda típusok

26 Félvezetők zaja Termikus vagy Johnson zaj: 0K felett zaj
Hőmérsékletfüggő Alkatrészre jutó jel-sávszélesség függő Teljesítménysűrűség spektruma egyenletes eloszlású Ellenállás esetén: Minden alkatrész (aktív, passzív) 0K felett zajt termel Teljesítménysűrűség spektruma a teljes frekvenciatartományban egyenletes eloszlású

27 Félvezetők zaja Sörétzaj: Potenciálgáton történő áthaladás
FET sörétzaja jelentősen kisebb, mint a tranzisztornak Teljesítménysűrűség spektruma egyenletes eloszlású A töltéseknek a potenciálgáton történő áthaladásakor keletkezik. A keletkezett zajáram effektív értéke arányos az átfolyó árammal (I) és a sávszélességgel A tranzisztor két pn átmenetet tartalmaz

28 Félvezetők zaja Villódzási vagy flicker zaj:
Rácstorzulás és nem teljesen tiszta anyagok miatt Mértéke technológiai módszerekkel befolyásolható Teljesítménysűrűség spektruma a frekvenciával arányosan csökken Zajáram függ az átfolyó áramtól és a sávszélességtől (K empirikus konstans) A zajok együttesen befolyásolják a félvezető működését, jellemző érték az F zajszám (katalógus adat). A teljes áramkörre nem a zajszámot, hanem a jel/zaj viszonyt használjuk (SNR [dB]).