6.5. Применение силовых полевых транзисторов

Ключ на мощном МДП-транзисторе.

Ключ с резистивной нагрузкой по схеме с общим истоком показан на рисунке 6.25.

Рис. 6.25. Ключ на мощном МДП-транзисторе

Поскольку все мощные МДП-транзисторы имеют структуру с индуцированным каналом, при выполнении условия:

U_ЗИ<U_{ЗИ ОТС ,} (6.4)

где U₀ - пороговое напряжение на проходной характеристике транзистора, ключ заперт, а напряжение в цепи стока равно напряжению питания ключа U_П. Обычно в закрытом состоянии ключа U_ЗИ =0. Однако, для высоковольтных транзисторов, с целью защиты от всплесков стокового напряжения рекомендуется устанавливать небольшое отрицательное смещение) U_C-, порядка (2.. .5В). Отпирание ключа осуществляется подачей положительного входного импульса U_C+. Амплитуда U_C+ выбирают из условия

U_C+>15(U_{ЗИ ОТС}+(U_П/R_ГS)), (6.5)

где S - силовая крутизна транзистора.

Для стандартных схем управления U_C+ составляет 12... 15 В. Переходный процесс включения состоит из трех этапов: задержки включения, фронта нарастания тока и установления напряжения во входной цепи транзистора. На первом этапе при постоянном напряжении в цепи стока (U_ВЫХ= U_П) осуществляется заряд входной емкости транзистора от цепи генератора:

, (6.6)

где С_ВХ=С_ЗС+С_ЗК.

Задержка включения t_З(вкл) определяется при условии U_ЗИ=0:

t_З(вкл) =R_ВХC_ВХln((U_C++U_C-)/( U_C+- U₀). (6.7)

На втором этапе включения транзистор отпирается и по цепи нагрузки начинает протекать ток. Из-за действия отрицательной обратной связи через проходную емкость ключа C_ЗС напряжение по входной цепи транзистора практически не изменяется (немного возрастает от значения U₀ до порогового значения U_П ≈U₀ + (U_П/R_ГS). Таким образом, изменение напряжения на транзисторе на данном этапе определяется перезарядом проходной емкости входным током затвора:

I_З+~( U_C+-U_П)/R_ВХ. (6.8)

Переходя к конечным приращениям

C_ЗС(ΔU_ЗС/Δt)~ C_ЗС(U_П/τ)= I_З+ (6.9)

τ~ R_ВХC_ЗС (U_П/ U_C+ - U_П). (6.10)

На последнем этапе процесса включения транзистор находится в открытом

состоянии:

U_ЗИ~R_{ОТКР К}(U_П/R_Г), (6.11)

где R_{ОТКР К}- сопротивление открытого канала.

При этом входное напряжение возрастает с постоянной времени R_ВХC_ВХ до максимального значения U_C+. Длительность этапа установления оценивается выражением:

ts~ 3R_ВХC_ВХ. (6.12)

Переходный процесс включения также проходит в три этапа. Сначала, при переключении напряжения входного генератора, происходит разряд входной емкости:

U_ЗИ(t)=-U_C+ + U_C- (1 - ). (6.13)

На данном этапе ток ключа не изменяется I_С=( U_П/ R_Г), а длительность задержки выключения t_З(выкл) определяется при условии уменьшения входного напряжения до порогового уровня:

t_З(выкл) =R_ВХC_ВХln((U_C++U_C-)/( U₀+ U_C-)). (6.14)

Затем наступает этап активного выключения тока стока при действии сильной отрицательной обратной связи через проходную емкость C_ЗС. Длительность этапа спада тока можно также оценить, как и при включении, приравняв ток в цепи затвора I_З-≈-(U_П+ U_C- )/ R_ВХ к току перезаряда проходной емкости:

C_ЗС(ΔU_ЗС/Δt)~ C_ЗС(-U_П/τ)= I_З . (6.15)

При этом длительность спада:

t_F~ R_ВХC_ЗС (U_П/U_C-+ U_П) (6.16)

На заключительном этапе выключения происходит установление входного напряжения до отрицательного значения U_C- с постоянной времени R_ВХC_ВХ. Длительность этапа установления:

t_S~3R_ВХC_ВХ. (6.17)