Конструктивным вариантом ПТ является двухзатворный транзистор — МДП-тетрод:
Прибор можно представить в виде двух последовательно соединённых (каскодное включение) транзисторов:
Управляющим является первый затвор. Второй затвор, действуя как электростатический экран, уменьшает проходную ёмкость прибора (эффект Миллера). Возможность работы на более высоких частотах — основное преимущество тетрода по сравнению с МДП — транзистором. Кроме того, тетрод существенно упрощает конструирование смесительных устройств.
Примерами промышленных образцов являются транзисторы КП306 и КП350 — МДП-тетроды со встроенным (индуцированным) каналом n-типа и двумя затворами, предназначенные для высокочастотных каскадов радиоприёмных устройств. При необходимости второй затвор (как экранирующую сетку пентода) мржно использовать в качестве второго управляющего электрода, например, в схеме преобразователя (смесителя) частоты.
Мощные V-МДП-транзисторы являются быстроразвивающимся классом твёрдотельных приборов. Вид передаточной характеристики транзисторов с вертикальным V-обратным каналом (КП909, КП911, КП912, КП913,КП922 и др.) отличается от аналогичной для приборов с горизонтальным каналом (КП901, КП902, КП904, КП905, КП908 и др.) наличием отчётливо заметного Загиба не только в верхней, но и в нижней части кривой Iс (Uзи) при Uси = const. Передаточные характеристики отечественных V-МДП-транзисторов почти симметричны относительно точки перегиба (Us, Is). В качестве примера показана передаточная характеристика транзистора КП913 при Uси = 60 В:
Благодаря автоматическому ограничению тока стока и относительно малому (до 20 %) разбросу крутизны, эти транзисторы можно включать параллельно с достаточно равномерным распределением тока между ними. При этом коммутируемый ток можно существенно увеличить, а параллельное соединение приборов можно рассматривать как один прибор с эквивалентной крутизной S = S1 + S2 + … + Sn,
током насыщения Is = Is N, и напряжением насыщения одного транзистора. Необходимо учитывать, что при этом возрастает суммарная входная ёмкость, которая главным образом определяет время переключения тока в нагрузке.
Разброс токов между параллельно включёнными транзисторами обусловлен разбросом крутизны, и как правило, не превышает 10….15 % при управлении импульсами с большой амплитудой (12…15 В) и высокой скоростью нарастания (tвх = 2…3 нс). При Uзи = 12…14 В наблюдается явное насыщение тока стока, поэтому превышать это значение нецелесообразно.
К достоинствам V-МДП транзисторов можно отнести следующее:
— большие коммутируемые мощности;
— малое сопротивление во включённом состоянии;
— малую мощность по цепи управления;
— высокое быстродействие (например, транзистор КП912 способен коммутировать ток до 20 А за время, не превышающее 70…100 нс);
— возможность управления однополярными импульсами.
Для реализации минимального времени переключения (до 20…30 нc) транзисторы должны работать совместно с генераторами, имеющими малое выходное сопротивление. Технические характеристики транзисторов типа КП922 показывают, что их применение в различных импульсных устройствах позволяет повышать рабочую частоту до 200…500 кГц и более, что в свою очередь даёт значительное уменьшение габаритов и массы их реактивных элементов.
По совокупности частотных, временных и энергетических параметров мощные V-МДП транзисторы превосходят мощные биполярные транзисторы.
Их недостаток: — большой остаточный ток до нескольких десятков миллиампер, что снижает КПД формирователя при большой скважинности импульсов.
Благодаря высокому быстродействию эти транзисторы могут найти применение для создания лазерных систем ночного видения, целеуказания, и т. д., источники импульсного электропитания которых должны обеспечивать преобразование постоянного напряжения в импульсы тока амплитудой до 100 А, длительностью 50…100 нc и частотой повторения 1…10 кГц. Для уменьшения динамических потерь в лазерах длительность фронта и среза токовых импульсов должна быть минимально возможной (не более 10…20 нc).
Разновидностью ПТ являются транзисторы со статической индукцией (СИТ) — ПТ с изоляцией затвора при помощи р-n перехода. В настоящее время за рубежом созданы СИТ, способные коммутировать мощности в сотни киловатт с временем переключения около 300 не. Как правило, СИТ имеют нормально открытый канал, поэтому при их использовании необходимо подавать питающее напряжение на схему управления раньше, чем на силовой ключ (в противном случае возможен переход транзистора в открытое состояние из-за ёмкостного делителя Сзи-Сзс), что в ряде случаев ограничивает их применение. При выключении необходимо использовать накопление и хранение заряда во входной ёмкости СИТ.
Транзистор имеет два режима:
I — соответствует работе полевого транзистора с управляющим р-n переходом.
При отрицательном напряжении на затворе его сопротивление Rси достаточно большое:
II — соответствует работе биполярного транзистора. При положительном напряжении на затворе р-n переход открывается и появляется ток Iз, при достаточно большой его величине Rси становится очень малым.
Достоинства:
— малое сопротивление сток-исток в биполярном режиме (в несколько раз меньше, чем у биполярных транзисторов и в десятки раз меньше чем у полевых). Например, 2П926 имеет сопротивление Rси = 0,03 Ом при токе стока 10 А;
— более низкое значение остаточного тока по сравнению с ПТ;
— более высокое быстродействие по отношению к биполярным транзисторам, в основном, за счёт уменьшения времени рассасывания (т. е. времени выключения);
— обладает близкими к триоду характеристиками.
Одна из последних разработок СИТ — КП948 с вертикальным нормально закрытым каналом n-типа, работающий при прямом смещении на затворе, Uзи max = 5 В. Схема включения аналогична включению биполярных n-р-n транзисторов. Предназначен для применения в быстродействующих силовых схемах радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Применение его вместо КТ858, КТ859, КТ872 и т. п. позволяет в 2 раза снизить потери мощности на переключение и упростить схемотехнику цепей управления.
Представляет интерес модификация СИТ — статически индуцированный транзистор биполярного типа (БСИТ). По токовым возможностям БСИТ эквивалентен биполярному транзистору, но время его переключения значительно меньше. Выходные характеристики аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, однако область безопасной работы аналогична СИТ.
Параметры некоторых отечественных МПТ приведены в таблице:
Применение СИТ позволяет отказаться от традиционных схем пуска:
Схема пуска(VD1, C1) включена в цепь, обеспечивающую запирание силового транзистора.