МОП-структура

G — Gate (затвор), S — Source (исток), D — Drain (сток)

Условные графические обозначения полупроводниковых приборов регламентируются ГОСТ 2.730-73[3].

	Индуцированный канал	Встроенный канал
P-канал
N-канал
Условные обозначения: З — затвор (G — Gate), И — исток (S — Source), С — сток (D — Drain)

Схема включения транзистора

Выходная (стоковая) характеристика полевого транзистора с каналом n-типа

Полевые транзисторы управляются напряжением, приложенным к затвору транзистора относительно его истока, при этом:

${\displaystyle I_{c}=I_{u};}$

${\displaystyle I_{3}\to 0.}$

При изменении напряжения ${\displaystyle U_{3u}}$ изменяется состояние транзистора и ток стока ${\displaystyle I_{c}}$.

1. Для транзисторов с каналом n-типа при ${\displaystyle U_{3u}<U_{nop}\,,I_{c}=0}$ транзистор закрыт;
2. При ${\displaystyle U_{3u}>U_{nop}}$ транзистор открывается и рабочая точка находится на нелинейном участке управляющей (стокзатворной) характеристики полевого транзистора:

   ${\displaystyle I_{c}=K_{n}\left[\left(U_{3u}-U_{nop}\right)\cdot U_{cu}-{\frac {U_{cu}^{2}}{2}}\right];}$

   ${\displaystyle K_{n}}$ — удельная крутизна характеристики транзистора;

3. При дальнейшем увеличении управляющего напряжения ${\displaystyle U_{3u}}$ рабочая точка переходит на линейный участок стокозатворной характеристики;

   ${\displaystyle I_{c}={\frac {K_{n}}{2}}\left[U_{3u}-U_{nop}\right]^{2}}$ — уравнение Ховстайна.

При подключении мощных МОП-транзисторов (особенно работающих на высоких частотах) используется стандартное схемное включение транзистора:

1. RC-цепочка (снаббер), включённая параллельно истоку-стоку, для подавления высокочастотных колебаний и больших импульсов тока, возникающих при переключении транзистора из-за паразитных индуктивности и ёмкости подводящих шин. Высокочастотные колебания и импульсные токи увеличивают выделение тепла в транзисторе и могут вывести его из строя, если транзистор работает в предельно-допустимом тепловом режиме). Снаббер также уменьшает скорость нарастания напряжения на выводах сток-исток, чем защищает транзистор от самооткрывания через проходную емкость.
2. Быстрый защитный диод, включённый параллельно истоку-стоку в обратном относительно источника питания включении, шунтирует импульсы тока, образующегося при запирании транзистора, работающего на индуктивную нагрузку.
3. Если транзисторы работают в мостовой или полумостовой схеме на высокой частоте (например, в сварочных инверторах, индукционных нагревателях, импульсных источниках питания), то помимо защитного диода в цепь стока иногда встречно включается диод Шоттки для блокирования паразитного диода. Паразитный диод имеет большое время запирания, что может привести к сквозным токам и выходу транзисторов из строя.
4. Резистор, включённый между истоком и затвором, для утечки заряда с затвора. Затвор сохраняет электрический заряд как конденсатор, и после снятия управляющего сигнала МОП-транзистор может не закрыться (или закрыться частично, что приведёт к повышению его сопротивления, нагреву и выходу из строя). Величина резистора подбирается таким образом, чтобы мало влиять на управление транзистора, но, в то же время, быстро сбрасывать электрический заряд с затвора.
5. Защитные диоды (супрессоры), подключаемые параллельно транзистору и его затвору. При превышении напряжения питания на транзисторе (или при превышении управляющего сигнала на затворе транзистора) выше допустимого, например при импульсных помехах, супрессор ограничивает опасные выбросы напряжения и предохраняет затворный диэлектрик от пробоя.
6. Резистор, включённый последовательно в цепь затвора, для уменьшения тока перезаряда затвора. Затвор мощного полевого транзистора имеет высокую ёмкость, и электрически эквивалентно представляет собой конденсатор ёмкостью в несколько десятков нанофарад, что вызывает значительным импульсные токи во время перезарядки затвора короткими фронтами напряжения управления (до единицы ампер). Большие импульсные токи могут повредить устройство управления затвором транзистора.
7. Управление мощным МОП-транзистором, работающим в ключевом режиме на высоких частотах, осуществляют с помощью драйвера — специальной схемы или готовой микросхемы, усиливающей управляющий сигнал и обеспечивающей большой импульсный ток для быстрой перезарядки затвора транзистора. Это увеличивает скорость переключения транзистора. Ёмкость затвора мощного силового транзистора может достигать десятков нанофарад. Для быстрой её перезарядки требуется ток в единицы ампер.
8. Также используются оптодрайверы — драйверы, совмещённые с оптопарами. Оптодрайверы обеспечивают гальваническую развязку силовой схемы от управляющей, защищая её в случае аварии, а также обеспечивают гальваническую развязку относительно земли при управлении верхними МОП-транзисторами в мостовых и полумостовых схемах. Совмещение драйвера с оптопарой в одном корпусе упрощает разработку и монтаж схемы, уменьшает габариты изделия, его стоимость и т. д.
9. В сильноточных устройствах с большим уровнем помех и электрических ко входам микросхем, выполненных на МОП-структурах, подключают по паре диодов Шоттки, включённых в обратном направлении, т. н. диодную вилку (один диод — между входом и общей шиной, другой — между входом и шиной питания) для предотвращения явления так называемого «защёлкивания» МОП-структуры. Однако, в некоторых случаях, применение диодной вилки может привести к нежелательному эффекту «паразитного питания» (при отключении питающего напряжения диодная вилка может работать как выпрямитель и продолжать питать схему).

• Принципы работы мощных MOSFET- и IGBT-транзисторов.
• Терещук Д. С. Логическое моделирование СБИС на переключательном уровне.
• Егоров А. Применение MOSFET-транзисторов NXP Semiconductors в электронике.