Wo sind die Verarmungs-PMOS-Transistoren?

11

In der Schule wurde ich über PMOS- und NMOS-Transistoren sowie über Transistoren im Enhancement- und Depletion-Modus unterrichtet. Hier ist die Kurzversion von dem, was ich verstehe:

Verbesserung bedeutet, dass der Kanal normalerweise geschlossen ist. Erschöpfung bedeutet, dass der Kanal normalerweise offen ist.

NMOS bedeutet, dass der Kanal aus freien Elektronen besteht. PMOS bedeutet, dass der Kanal aus freien Löchern besteht.

Enhancement NMOS: Positive Gate-Spannung zieht Elektronen an und öffnet den Kanal.
Enhancement PMOS: Negative Gate-Spannung zieht Löcher an und öffnet den Kanal.
Depletion NMOS: Negative Gate-Spannung stößt Elektronen ab und schließt den Kanal.
Depletion PMOS: Positive Gate-Spannung stößt Löcher ab und schließt den Kanal.

Es ist sechs Jahre her, seit ich angefangen habe, meinen Lebensunterhalt mit Design zu verdienen, und mindestens einmal wollte (oder dachte ich zumindest) einen PMOS-Transistor mit Verarmung. Es schien zum Beispiel eine gute Idee für eine Bootstrap-Schaltung für ein Netzteil zu sein. Solche Geräte scheinen jedoch nicht zu existieren.

Warum gibt es keine Verarmungs-PMOS-Transistoren? Ist mein Verständnis von ihnen fehlerhaft? Sind sie nutzlos? Unmöglich zu bauen? Der Bau ist so teuer, dass eine billigere Kombination anderer Transistoren bevorzugt wird? Oder sind sie da draußen und ich weiß einfach nicht, wo ich suchen soll?

Stephen Collings
quelle
Sie sind nur weniger leistungsfähig als Verbesserungstransistoren, und CMOS ist jetzt eine etablierte Technologie
Clabacchio
Bei GaAs-Transistoren war und ist der Verarmungsmodus häufiger als der Verbesserungsmodus. Frag mich nicht warum.
Telaclavo
Ja, sogar ich habe mich darüber gewundert! Einige zusätzliche Informationen für den Fall, dass jemand darauf stößt: Supertex macht einige nette Mosfets im N-Kanal-Verarmungsmodus. Verwenden Sie diese: supertex.com/pdf/misc/d_mode_mosfets_SG_device.pdf Sie haben auch Anwendungshinweise!
Ja, wir wissen über NMOS Bescheid, die Frage bezieht sich speziell auf die PMOS-Verarmung!
Federico Russo
"Betrieb ohne Strom: Weiterleiten von analogem Video" beschreibt eine bestimmte Anwendung, bei der Transistoren im Verarmungsmodus nützlich sein können.
Davidcary

Antworten:

5

Wiki sagt ...

In einem Verarmungsmodus-MOSFET ist das Gerät normalerweise bei einer Gate-Source-Spannung von Null eingeschaltet. Solche Vorrichtungen werden als Last- "Widerstände" in Logikschaltungen verwendet (zum Beispiel in NMOS-Logik mit Verarmungslast). Bei Depletion-Load-Geräten vom N-Typ kann die Schwellenspannung etwa –3 V betragen, sodass sie durch Ziehen des Gates 3 V negativ ausgeschaltet werden kann (der Drain ist im Vergleich dazu positiver als die Source in NMOS). In PMOS sind die Polaritäten umgekehrt.

Für ein PMOS im Verarmungsmodus ist es normalerweise bei Null Volt eingeschaltet, aber Sie benötigen 3 V oder mehr am Gate, das höher als die Versorgungsspannung ist, um es auszuschalten. Woher bekommst du diese Spannung? Ich denke, deshalb ist es ungewöhnlich.

In der Praxis nennen wir sie jetzt High-Side-Schalter oder Low-Side-Schalter für Leistungs-MOSFETs. Sie bevorzugen es, den Verbesserungs- und Verarmungsmodus nicht im selben Chip zu kombinieren, da die Verarbeitungskosten fast doppelt so hoch sind. Dieses Patent definiert einige Innovationen und eine bessere physikalische Beschreibung. als ich mich erinnern kann. http://www.google.com/patents/US20100044796

Es ist jedoch möglich, dass das, was Sie vorschlagen, und die Leistung wichtige Themen sind. Wenn es jedoch um einen niedrigen ESR geht, sind MOSFETs wie spannungsgesteuerte Schalter, bei denen sich der ESR über einen weiten Bereich von Gleichspannungen ändert, im Gegensatz zu Bipolartransistoren, die in einigen Fällen 0,6 bis <2 V für die maximale Spitze betragen. Auch für MOSFETs ist es konstruktiv, sie als Impedanzverstärkung von 50 bis 100 zu betrachten, wenn man die Lasten und den ESR der Quelle betrachtet. Stellen Sie sich also vor, Sie benötigen eine 100-Ohm-Quelle, um einen 1-Ohm-MOSFET anzusteuern, und eine 10-Ohm-Quelle, um einen 10-MΩ-MOSFET anzusteuern, wenn Sie 100: 1 verwenden. Der konservative Wert beträgt 50: 1. Dies ist NUR während der Übergangszeit des Schalters wichtig, nicht während des stationären Gate-Stroms.

Während bipolares hFE dramatisch abfällt, halten Sie hFe von 10 bis 20 für gut, wenn es für einen Netzschalter gesättigt ist.

Berücksichtigen Sie auch, dass MOSFETs während des Übergangs als ladungsgesteuerte Schalter fungieren, sodass Sie eine große Ladung zur Verfügung haben möchten, um die Gatekapazität und die Last zu steuern, die mit einem Gate-Antrieb mit niedrigem ESR in das Gate reflektiert werden, wenn Sie einen schnellen Übergang durchführen und ein Kommutierungsklingeln vermeiden möchten oder Bridge-Crossover-Shorts. Das hängt aber von den Designanforderungen ab.

Ich hoffe, das sind nicht zu viele Informationen, und das Patent erklärt, wie es für alle Modi der Verarmung und Verbesserung des PN-Typs in Bezug auf die Gerätephysik funktioniert.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
quelle
2
Eine Verwendung, die ich mir für einen PFET im Verarmungsmodus mit einem Ausschaltpunkt von ~ 2 V vorstellen kann, wäre das Entleeren der Speicherkappen für ein Gerät, das ein- und ausgeschaltet werden kann. Einige Geräte (Baugruppen) halten nach dem Abschalten der Stromversorgung lange Zeit mit einem VDD von etwa 0,6 bis 0,8 Volt. Wenn ein solches Gerät an einen Prozessoreingang angeschlossen ist und einen "hohen" Ausgang ausgibt, kann dies den Stromverbrauch des Prozessors um Dutzende von Mikroampere erhöhen. Das Hinzufügen eines PFET im Verarmungsmodus, der beim "Einschalten" des Geräts nichts zeichnet, beim Ausschalten jedoch einige hundert Mikroampere zeichnet, kann hilfreich sein.
Superkatze
Ich glaube, meine größte Verwirrung war, auf welchen Punkt sich die Gate-Spannung bezieht. Das Gate wird immer auf die Quelle bezogen, aber die Quelle ist der "positive" Anschluss in einem PMOS, während es der "negative" Anschluss in einem NMOS ist. Wenn sich das Verarmungs-PMOS auf der 5-V-Schiene Ihres Systems befindet, benötigen Sie 6 V (relativ zum gemeinsamen System) am Gate, um es abzuhalten. Also, wie du gesagt hast, woher bekommst du diese Spannung? Ich denke, es sollte immer noch für meine Bootstrap-Schaltung funktionieren, bei der ich einen Widerstand / Zener verwendet habe, um 15 V zu erzeugen, um einen Umschalter mit einem Ausgang von 24 V zu betreiben. Depletion PMOS würde den Zener abschneiden, sobald 24 V hergestellt wurden.
Stephen Collings
Bei weiterer Überlegung würde es immer noch nicht so funktionieren, wie ich es beabsichtigt hatte.
Stephen Collings
Also, Tony, Ihre Antwort (Entschuldigung) ist, dass diese Transistorkategorie von der Industrie einfach nicht benötigt wird. Richtig?
Ale..chenski
Ja und Nein, Ja für neues Design. DK führt immer noch ungefähr 80 N Depletion-Modustypen, aber 0 P-Typen und 6.105 Enhancement-Modustypen (entschuldigen Sie, geben oder nehmen)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75