Температурная нестабильность параметров

Как и у БТ, так и у ПТ наблюдается неприятная зависимость от температуры всех параметров. Зависимость эта является нелинейной. Так для основных параметров (тока коллектора и тока стока) эта зависимость имеет различные знаки: ток коллектора БТ растет при повышении температуры, а ток стока ПТ убывает. Отметим, что прямая температурная зависимость БТ всегда была головной болью разработчиков. Но ПТ тоже может неприятно удивить разработчика. Так “слабым местом” ПТ является сильная прямая температурная зависимость тока затвора (тока утечки): каждые 10°С ток утечки удваивается. Уже при температуре 100°С входной ток затвора по амплитуде сравнивается с входным током базы. Таким образом, для всех транзисторов необходимо продумывать схемы температурной компенсации.

Производственный разброс параметров

Основным препятствием повсеместного использования ключей на основе ПТ является сильный производственный разброс характеристик, что не позволяет создавать несколько идентичных полевых транзисторов, даже на одном кристалле. Например, сопротивление R_си (в линейной области) с диапазоном номинальных значений от 0,05 Ом до 10 кОм имеет пятикратный разброс. Разброс параметра U_{зи порог.} имеет величину 2 В. Аналогичный параметр биполярного транзистора U_бэ имеет разброс 0,2 В в диапазоне от 0,63 до 0,83 В (при I_k = 1мА). Эти значения относились к серийным дискретным транзисторам (из различных партий). Для интегральных полевых транзисторов разброс значительно меньше по сравнению с дискретными транзисторами, но он также уступает аналогичным показателям интегральных БТ.

Особенности цепей управления электронных ключей

На рис.3.11 изображены две простые переключающие схемы на основе БТ (рис.3.11 а) и ПТ (рис.3.11 б). Схема на ПТ проще, т.к. нет необходимости задавать входной ток. Поэтому в цепях управления ПТ отсутствуют резисторы. При работе с БТ разработчик должен определится с базовым током и на его основе рассчитать сопротивление R_б . Выбирая сопротивление R_б (базовый ток), разработчик должен решить, что ему важнее быстродействие или экономичность.

а)

Uпит

б)

Uпит

Rк

Rс

Рис.3.11. Схемы электронных ключей на биполярном (а) и полевом (б) транзисторах

Так для повышения быстродействия необходимо повышать коллекторный ток и соответственно увеличивать ток базы (путем уменьшения R_б ). Но при увеличении тока базы (коллектора) необходимо учитывать снижение b как с ростом тока коллектора I_k (как видно из рис.3.12 значение b быстро снижается при I_k > 0,1А), так и с уменьшением напряжения U_кэ (значение b снижается в 2-5 раз при U_кэ ~ 1В). Рис.3.12 а показывает типовую зависимость b от I_k, а рис.3.12 б - для транзисторов с улучшенными характеристиками. С учетом указанных особенностей можно определить R_б, чтобы ввести БТ в насыщение.

Рис.3.12. Типовые зависимости коэффициентов статического и динамического усиления по току от коллекторного тока для маломощных БТ

Итак, в отличие от ключа на ПТ ключ на БТ управляется током, а не напряжением, и величину этого управляющего тока определяют по заданному току нагрузки (коллектора).