Методические указания к решению задач 31–40

Задание. Определите, откроется ли транзистор (рис. 3) вследствие эффекта du / dt, если время нарастания напряжения u _си при выключении составляет 10 нс. Е _п = 100 В, R _г = 100 Ом, падение напряжения на открытом транзисторе U _си.нас = 1 В, пороговое напряжение отпирания транзистора U _зи.пор = 4 В, зависимости емкостей транзистора от напряжения приведены на рис. 4.

Решение. Эффектом du / dt в МДП-транзисторе называют его самопроизвольное открывание при чрезмерно большой скорости увеличения выходного напряжения u _си.

На рис. 9 показаны внутренние токи транзистора, обусловленные перезарядом межэлектродных емкостей C _зс и С _зи при изменении напряжения u _си в отсутствие входного напряжения.

Рис. 9. Эффект du / dt в МДП-транзисторе

Пусть в первоначальный момент времени напряжение u _зи = 0, а напряжение u _си линейно нарастает с постоянной скоростью
= = , где D t – время, за которое напряжение u _си изменится на величину D U _си.

В этом случае вследствие протекания токов перезаряда емкостей C _зс и С _зи на затворе транзистора будет возникать напряжение

. (11)

Если напряжение u _си возрастает (например, когда транзистор выключается), > 0. На затворе возникает положительное напряжение, которое может превысить значение порогового U _зи.пор, в результате чего транзистор самопроизвольно откроется.

Оценим, откроется ли транзистор при заданных в нашей задаче условиях. Для этого мы прежде всего должны определить значения межэлектродных емкостей C _зс и С _зи. Их можно найти из входной С _11И и проходной С _12И емкостей транзистора:

С _зс = С _12И; С _зи = С _11И – С _12И.

Поскольку емкости С _11И и С _12И зависят от напряжения u _си, C _зс и С _зи тоже зависят от этого напряжения. Напряжение на закрывающемся транзисторе изменяется от первоначального U _си.нас до E _п. Поэтому используют величины емкостей, соответствующие среднему значению напряжения .

В нашем случае при напряжении U _си.ср = (100 + 1)/2 ≈ 50 В С _11И = 1300 пФ, С _12И = 130 пФ (рис. 4). Следовательно, C _зс = 130 пФ, а С _зи = 1300 – 130 = 1170 пФ.

Анализируя выражение (11), можно увидеть, что величина возникающего на затворе напряжения u _зи тем больше, чем больше время t. В то же время, когда транзистор закроется полностью, величина станет равной нулю, а значит и напряжение на затворе станет равным нулю. Таким образом, в выражение (11) в качестве t необходимо подставлять время, лишь чуть меньшее (или равное) времени нарастания напряжения от U _си.нас до E _п, т.е. времени выключения транзистора по напряжению t _выкл.

В нашей задаче за время выключения t _выкл = 10 нс напряжение на транзисторе изменяется от U _си.нас = 1 В до Е _п = 100 В, следовательно скорость изменения напряжения

Подставив все известные величины в выражение (11), получим

Поскольку получившаяся величина намного превышает пороговое напряжение отпирания транзистора U _зи.пор = 4 В, транзистор самопроизвольно откроется задолго до окончания процесса запирания, т.е. фактически он не закроется вовсе.

Очевидно, что если возникающее на затворе напряжение u _зи (t _выкл) < U _зи.пор, транзистор самопроизвольно не откроется.