Какое напряжение необходимо для включения транзистора?

1. Определение напряжения включения транзисторов
Напряжение включения транзистора, если говорить кратко, относится к минимальному значению напряжения, необходимому для перехода транзистора из выключенного состояния в включенное состояние. Определение и метод измерения напряжения включения для различных типов транзисторов, таких как биполярные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET), немного отличаются.
Биполярный транзистор (BJT): В BJT напряжение включения обычно относится к моменту, когда напряжение база-эмиттер (Vbe) достигает определенного критического значения, при котором транзистор начинает проводить. Это критическое значение зависит от материала и процесса изготовления транзистора, как правило, между 0.6V и 0.7V (для BJT на основе кремния), но может также варьироваться в зависимости от конкретной модели.
Полевой транзистор (FET): напряжение включения FET относится к определенному значению, которого должно достичь напряжение затвор-исток (Vgs), чтобы канал начал формироваться или усиливаться, тем самым заставляя FET перейти из выключенного состояния в включенное. Это значение обычно называют пороговым напряжением (Vth), и его величина также зависит от типа FET (например, N-канальный или P-канальный), материала (например, кремний или арсенид галлия) и производственного процесса.
2. Факторы, влияющие на напряжение включения транзисторов
Напряжение включения транзистора не является фиксированным и зависит от различных факторов.
Температура: С ростом температуры увеличивается собственная концентрация носителей заряда полупроводниковых материалов, что приводит к изменению напряжения включения транзисторов. В общем случае напряжение включения BJT будет немного уменьшаться с ростом температуры, в то время как пороговое напряжение FET может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от типа и процесса изготовления FET.
Производственный процесс: Различные производственные процессы могут вызывать изменения геометрических размеров, концентрации легирования и других параметров транзисторов, тем самым влияя на их напряжение включения. С непрерывным развитием полупроводниковой технологии напряжение включения транзисторов также постоянно снижается, чтобы соответствовать требованиям высокой производительности и низкого энергопотребления.
Материалы: Помимо кремния, для изготовления транзисторов используются и другие материалы, такие как арсенид галлия, карбид кремния и т. д. Эти материалы обладают различными физическими и химическими свойствами, которые также могут влиять на напряжение включения транзисторов.
3. Метод измерения напряжения включения транзисторов
Измерение напряжения включения транзисторов требует использования профессионального испытательного оборудования, такого как анализаторы параметров полупроводников или осциллографы. Вот упрощенный пример шага измерения (на примере N-канального MOSFET):
Подключите сток (D) МОП-транзистора к положительному полюсу источника питания, а исток (S) — к отрицательному полюсу источника питания, чтобы сформировать канал сток-исток.
Подайте постепенно увеличивающееся напряжение (Vgs) на затвор (G) с помощью генератора сигналов или источника напряжения.
Между тем, используйте амперметр для отслеживания изменений тока стока (Id). Когда Id начинает значительно увеличиваться (обычно достигая заданного порогового тока), соответствующее Vgs является пороговым напряжением (Vth) MOSFET.
Следует отметить, что из-за различных ошибок и неопределенностей в процессе измерения (таких как контактное сопротивление, температурный дрейф и т. д.) фактическое измеренное напряжение открытия может иметь некоторое отклонение от теоретического значения или номинального значения, указанного в руководстве по данным.
4. Важность напряжения включения транзистора в практических приложениях
Напряжение включения транзисторов оказывает существенное влияние на проектирование схем и оптимизацию производительности. Например, в цифровых схемах для обеспечения корректного переключения логических вентилей и снижения энергопотребления необходимо точно контролировать напряжение включения транзисторов. Кроме того, в аналоговых схемах напряжение включения транзисторов также определяет такие ключевые параметры, как коэффициент усиления схемы и полосу пропускания. Поэтому при проектировании и производстве транзисторов необходимо в полной мере учитывать характеристики и требования к их напряжению включения.
https://www.trrsemicon.com/transistor/npn-silicon-transistor-bcx55.html