можно ожидать, что преимущества мощных ПТ перед схемой Дарлингтона должны быть обусловлены в основном динамическими и тепловыми характеристиками. Если время рассасывания, обусловленное неосновными носителями в базе, было проблемой, для одного биполярного транзистора, то легко представить себе, насколько эта проблема усложняется при последовательном включении двух БТ. Время выключения для схемы Дарлингтона существенно больше, чем для мощного ПТ, даже в случае использования специально разработанных полупроводниковых схем Дарлингтона, предназначенных для быстрого выключения. Если время выключения типового мощного ПТ остается в пределах нескольких наносекунд, то для схемы Дарлингтона оно составляет в лучшем случае несколько микросекунд!

Проблема отвода тепла в схеме Дарлингтона зависит в некоторой степени от требований, предъявляемых к коэффициенту усиления по току, номинальному напряжению и сигналу управления. Чаще всего потребляемая мощность схемы Дарлингтона велика вследствие того, что второй биполярный транзистор неспособен полностью насыщаться в открытом состоянии. В любом" случае работа при окружающей температуре, намного превышающей 140° С, всегда недопустима, так как происходит быстрый саморазогрев и выход схемы из строя.

Попытки превзойти исключительно высокий коэффициент усиления мощного ПТ приводят к непомерно большому напряженик> насыщения (t/нас) схемы Дарлингтона, если не использовать специального смещения. Безусловно, большое напряжение насыщения было существенным недостатком первых мощных ПТ, появившихся в конце 70-х годов, однако в течение нескольких лет технология их изготовления настолько улучшилась, что сгичас можно выбрать мощные ПТ, напряжение насыщения которых сравнимо с напряжением насыщения лучших биполярных транзисторов, а в некоторых случаях даже меньше,

1.2.5. Преимущества мощных полевых транзисторов

Мы закончили сравнение многих широко распространенных мощных полупроводниковых приборов и, надо полагать, нашли ответ на поставленный вопрос: почему мощный ПТ вызывает столь большой интерес? Если, действительно, он обладает описанными выше характеристиками и если его достоинства вполне реальны, то наш вопрос исчерпан. Но прежде чем закончить этот раздел, перечислим преимущества мощных ПТ.

Пока еще преждевременно делать различия между большим-числом типов мощных ПТ и выяснять их специфичеоние характеристики. У нас будет возможность проделать это в конце гл. 2. А пока сосредоточим внимание на обзоре того, что уже было рассмотрено. Ради удобства изложения определим сначала свойства мощных ПТ, а затем рассмотрим преимущества, обусловленные этими свойствами.

Основные свойства Преимущества

Использование только Высокое входное сопротивление со сто-ооновных рабочих но- роны затвора.

сителей Очень большой коэффициент усиления

по току.

Очень высокие скорости переключения. Почти неограниченная нагрузочная способность по выходу (если не учитывать скорость /переключения). Теплоустойчивость Отсутствие возможности протекания су-

щественно большего тока через один из параллельно включенных однотипных приборов.

Очень малая вероятность теплового саморазогрева.

Очень малая вероятность вторичного пробоя.

Большая область безопасной работы. Допустимость резкого изменения тока стока

В гл. 2 мы начнем изучение различных типов мощных ПТ и будем сравнивать их специфические свойства. По мере изучения мы не только выявим новые особенности и преимущества, но и наметим четкие перспективы, которые помогут нам найти оптимальное применение приборов каждого типа. Мы увидим, что некоторые мощные ПТ подходят для управления электродвигателями, а другие - для работы в высокочастотных схемах. Но, самое главное, мы вырабопаем методику, которая даст нам возможность сделать правильный выбор.

Возникает закономерный вопрос: что же задержало появление мощных ПТ, обладающих столь многими преимуществами, с несколькими из которых мы еще познакомимся в гл. 2? Биполярный транзистор был изобретен в конце 40-х годов, и сразу же появился мощный биполярный транзистор; МДП-транзисторы стали известны в самом начале 60-х годов, а мощные ПТ были созданы только почти двадцать лет спустя. Прежде чем закончить эту главу, inocMOTpHM, как развивалась технология мощных ПТ.

1.3. Развитие мощных полевых транзисторов

История субъективна, и ее извилистый путь часто представляет лишь отражение личных взглядов самого историка. Мы ограничим обзор теми мощными кремниевыми ПТ, которые уже изучены и получили практическое воплощение, стараясь исключить из рассмотрения те приборы, которые, насколько нам извест-.но, так и не вышли за рамки идеи. Люди являются естественной составной частью нашего обзора, и мы заранее приносим извинения тем из них, чьи име-;на не будут упомянуты.

1.3.1. Историческая справка

Впервые принцип полевого эффекта был сформулирован в патенте США, выданном в 1930 г. на имя Дж. Лилиенфельда, бывшего профессора физики Лейпцигского университета, иммигрировавшего в США.

Почти 20 лет спустя, в 1948 г., Шокли и Пирсон попытались изготовить элементарный ПТ путем напыления слоев германия на диэлектрик. Однако реальные успе.хи в развитии тогда еще примитивной технологии стали появляться только после опубликования теоретических работ Бардина по поверхностным состояниям и теоретического анализа униполярного полевого транзистора Шокли.

В 1964 г. были опубликованы две важные статьи - одна Зулига, другая французского физика Тешнера. 11менно в этих статьях впервые рассмотрена возможность использования ПТ для управления сигнала1ми большой мощности. Если бы мы углубились в эти статьи, то обнаружили бы их удивительное сходство, так как в обеих предпринята попытка разрешить две взаимоисключающие проблемы: создать высокочастотный прибор и одновременно получить большой ток насыщения. Как раз разрешение второй из этих проблем и открыло путь к созданию мощного ПТ.

Прежде чем продолжить, мы должны разобраться в проблеме создания высокочастотного ПТ. В то время повышения коэффициента усиления и рабочих токов обычно достигали простым увеличением физических размеров ПТ. Однако такой метод плох тем, что с увеличением размеров увеличивались паразитные емкости и сопротивление канала, что вело к ухудшению высокочастотных параметров. С увеличением паразитной емкости снижалась предельная-рабочая частота, а с увеличением сопротивления канала уменьшалась крутизна и ограничивался ток прибора.

Оказалось, что и Зулиг, и Тешнер решили эту проблему, Зулиг назвал свой прибор многоканальным полевым транзистором, тогда как Тешнер и егО соавтор назвали свой прибор гридистороя, поскольку он очень напоминал три-одную электронную лампу, только был твердотельным. Фактически и Зулиг, и

Рис. 1.11. Образцы некоторых современных мощных полевых траизисторо»