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

Speciális tranzisztorok, Darlington-kapcsolás Áramerősítési tényező megnövelése Nagyobb teljesítmény

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

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

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

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

Konstrukciós csoportosítás

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

Transzfer karakterisztika Maximális meredekség Ugs=0

Transzfer karakterisztika hőfokfüggése Idz a hőmérséklet-független munkapont

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

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

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.

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

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

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

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

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

MOSFET vezérlése Impulzus transzformátor Optocsatoló Totem-pole áramkörök

Hőmérséklet függés Ellenállás Élettartam Működési tulajdonságok Letörési feszültség Méret

Hőmérsékleti model

Tokozások

Hűtőborda méretezés

Hűtőborda méretezés

Hűtőborda típusok

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

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

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]).