Welke spanning is nodig om de transistor in te schakelen?

1. Definitie van inschakelspanning voor transistoren
De turn-on voltage van een transistor verwijst, kort gezegd, naar de minimale spanningswaarde die nodig is om de transistor van de uit-stand naar de aan-stand te laten overgaan. De definitie en meetmethode van de turn-on voltage voor verschillende typen transistoren, zoals bipolaire junctietransistoren (BJT's) en veldeffecttransistoren (FET's), zijn enigszins verschillend.
Bipolaire junctietransistor (BJT): Bij BJT verwijst de inschakelspanning doorgaans naar het moment waarop de basis-emitterspanning (Vbe) een bepaalde kritische waarde bereikt, waarop de transistor begint te geleiden. Deze kritische waarde is afhankelijk van het materiaal en het productieproces van de transistor, doorgaans tussen 0.6V en 0.7V (voor op silicium gebaseerde BJT's), maar kan ook variëren afhankelijk van het specifieke model.
Field Effect Transistor (FET): De turn-on voltage van een FET verwijst naar een specifieke waarde die de gate source voltage (Vgs) moet bereiken om het kanaal te laten beginnen met vormen of versterken, waardoor de FET van de uit-stand naar de aan-stand overgaat. Deze waarde wordt gewoonlijk de drempelspanning (Vth) genoemd en de grootte ervan wordt ook beïnvloed door het FET-type (zoals N-kanaal of P-kanaal), materiaal (zoals silicium of galliumarsenide) en het productieproces.
2. Factoren die de inschakelspanning van transistoren beïnvloeden
De inschakelspanning van een transistor is niet vast en wordt beïnvloed door verschillende factoren
Temperatuur: Naarmate de temperatuur stijgt, neemt de intrinsieke dragerconcentratie van halfgeleidermaterialen toe, wat een verandering in de inschakelspanning van transistoren veroorzaakt. Over het algemeen zal de inschakelspanning van BJT licht afnemen bij toenemende temperatuur, terwijl de drempelspanning van FET kan stijgen of dalen, afhankelijk van het type en het productieproces van FET.
Productieproces: Verschillende productieprocessen kunnen veranderingen in de geometrische afmetingen, dopingconcentratie en andere parameters van transistoren veroorzaken, waardoor hun inschakelspanning wordt beïnvloed. Met de voortdurende vooruitgang van halfgeleidertechnologie neemt de inschakelspanning van transistoren ook voortdurend af om te voldoen aan de vereisten van hoge prestaties en laag stroomverbruik.
Materialen: Naast silicium worden er ook andere materialen gebruikt om transistoren te maken, zoals galliumarsenide, siliciumcarbide, etc. Deze materialen hebben verschillende fysieke en chemische eigenschappen, die ook de inschakelspanning van transistoren kunnen beïnvloeden.
3. Methode voor het meten van de inschakelspanning van transistoren
Het meten van de inschakelspanning van transistoren vereist het gebruik van professionele testapparatuur, zoals halfgeleiderparameteranalysatoren of oscilloscopen. Hier is een vereenvoudigd voorbeeld van een meetstap (met N-kanaal MOSFET als voorbeeld):
Sluit de drain (D) van de MOSFET aan op de positieve pool van de voeding en de source (S) op de negatieve pool van de voeding om een ​​drain-sourcekanaal te vormen.
Breng een geleidelijk toenemende spanning (Vgs) aan op de poort (G) met behulp van een signaalgenerator of spanningsbron.
Gebruik ondertussen een ampèremeter om de veranderingen in de drainstroom (Id) te bewaken. Wanneer Id aanzienlijk begint te stijgen (meestal een vooraf ingestelde drempelstroom bereikt), is de overeenkomstige Vgs de drempelspanning (Vth) van de MOSFET.
Houd er rekening mee dat de daadwerkelijk gemeten openingsspanning enigszins kan afwijken van de theoretische waarde of de nominale waarde in de gegevenshandleiding, vanwege diverse fouten en onzekerheden in het meetproces (zoals contactweerstand, temperatuurafwijking, enz.).
4. Het belang van de inschakelspanning van een transistor in praktische toepassingen
De inschakelspanning van transistoren heeft een aanzienlijke impact op het ontwerp van het circuit en de prestatie-optimalisatie. Om bijvoorbeeld in digitale circuits de juiste schakeling van logische poorten te garanderen en het stroomverbruik te verminderen, is het noodzakelijk om de inschakelspanning van transistoren nauwkeurig te regelen. Bovendien bepaalt de inschakelspanning van transistoren in analoge circuits ook belangrijke parameters zoals circuitversterking en bandbreedte. Daarom is het bij het ontwerpen en produceren van transistoren noodzakelijk om de kenmerken en vereisten van hun inschakelspanning volledig in overweging te nemen.
https://www.trrsemicon.com/transistor/npn-silicon-transistor-bcx55.html