Prawie każda współczesna osoba przynajmniej słyszała, że tranzystory są szeroko stosowane w różnych urządzeniach elektronicznych i elektrycznych. Znawcy elektroniki wiedzą, że tranzystory dzielą się na bipolarne i polowe. Główna różnica między nimi polega na tym, że tranzystory bipolarne są napędzane prądem jest zasilany do ich podstawy, podczas gdy polowe są zasilane napięciem, którego potencjał przykładany jest do ich bramki elementy.
Istnieje również inny typ tranzystora, który został opracowany pod koniec lat 70. ubiegłego wieku i nazywa się IGBT. To urządzenie półprzewodnikowe łączy w sobie podstawowe cechy tranzystora bipolarnego i tranzystora polowego: ma podobną budowę do urządzenia bipolarnego, ale jest sterowane napięciem. Ta interesująca właściwość jest osiągana dzięki temu, że brama jako elektroda sterująca jest izolowana.
Struktura IGBT
Z punktu widzenia budowy wewnętrznej IGBT jest wykonany jako konstrukcja kompozytowa i jest połączeniem tranzystora polowego i tranzystora bipolarnego. Bipolarna część konstrukcji przejmuje funkcje mocy, podczas gdy element pola realizuje funkcje sterujące. Nazwy dwóch elektrod zapożyczono z elementu bipolarnego: kolektora i emitera, a na polu - elektrodę sterującą nazywamy bramką.
Oba główne bloki konstrukcji tworzą jedną całość i są ze sobą połączone, jak pokazano na rysunku 1. Wynika z tego, że tranzystor IGBT można uznać za rozwinięcie dobrze znanego układu Darlingtona, zrealizowanego z dwóch tranzystorów bipolarnych.
Korzyści
Schemat interakcji jego głównych bloków zastosowany w elementach IGBT pozwala na wyeliminowanie jednego z główne wady potężnego tranzystora bipolarnego: stosunkowo mały zysk w obecny. Zatem przy konstruowaniu kluczowych elementów wymagana moc obwodów sterujących jest znacznie zmniejszona.
Zastosowanie struktury bipolarnej w tranzystorze IGBT jako siły eliminuje efekt nasycenia, co znacznie zwiększa jego szybkość odpowiedzi. Jednocześnie wzrasta maksymalne napięcie robocze i maleje utrata mocy w stanie włączenia. Najbardziej zaawansowane elementy tego typu przełączają prądy o wartości setek amperów, a napięcie robocze sięga kilku tysięcy woltów przy częstotliwościach roboczych do kilkudziesięciu kHz.
Budowa i zakres tranzystora IGBT
Dzięki swojej konstrukcji, jak wynika z rysunku 2, tranzystor IGBT ma tradycyjną konstrukcję, obsługuje bezpośredni montaż na grzejniku, a także nie wymaga zmian w konstrukcji i technologii montażu obwodów mocy elektronika.
Nie trzeba dodawać, że tranzystory IGBT można wbudowywać w moduły. Przykład jednego z nich pokazano na rysunku 3.
Główne obszary zastosowań IGBT to:
- źródła zasilania impulsowego prądem stałym;
- systemy sterowania napędem elektrycznym;
- źródła prądu spawania.
Wraz z konwencjonalnymi i bezprzerwowymi zasilaczami różnych urządzeń, tranzystory IGBT są atrakcyjne dla transportu elektrycznego, ponieważ pozwalają na bardzo precyzyjną kontrolę siły pociągowej i eliminują szarpnięcia typowe dla układów sterowanych mechanicznie, gdy ruch.