Lähes kuka tahansa nykyaikainen ihminen on ainakin kuullut, että transistoreita käytetään laajalti erilaisissa elektronisissa ja sähköisissä laitteissa. Elektroniikan asiantuntijat tietävät, että transistorit on jaettu bipolaarisiin ja kenttäisiin. Suurin ero näiden kahden välillä on se, että bipolaarisia transistoreita ohjaa virta syötetään niiden pohjaan, kun taas kenttäjännitteet syötetään jännitteellä, jonka potentiaali kohdistuu näiden porttiin elementtejä.
On myös toisen tyyppinen transistori, joka kehitettiin 70-luvun lopulla. viime vuosisadalla ja sitä kutsutaan IGBT: ksi. Tämä puolijohdelaite yhdistää kaksisuuntaisen transistorin ja kenttätransistorin perusominaisuudet: se on rakenteeltaan samanlainen kuin kaksisuuntainen laite, mutta sitä ohjataan jännitteellä. Tämä mielenkiintoinen ominaisuus saavutetaan johtuen siitä, että portti ohjauselektrodina tehdään eristetyksi.
IGBT-rakenne
Sisäisen rakenteen näkökulmasta IGBT on valmistettu komposiittirakenteeksi ja se on yhdistelmä kenttätransistoria ja bipolaarista transistoria. Rakenteen kaksisuuntainen osa ottaa käyttöön tehofunktiot, kun taas kenttäelementti toteuttaa ohjaustoiminnot. Kahden elektrodin nimet lainataan bipolaarisesta elementistä: kerääjä ja emitteri, ja kentällä - ohjauselektrodia kutsutaan portiksi.
Rakenteen molemmat päälohkot muodostavat yhden kokonaisuuden ja ovat yhteydessä toisiinsa kuvan 1 mukaisesti. Siitä seuraa, että IGBT-transistoria voidaan pitää tunnetun Darlington-piirin kehityksenä, joka toteutetaan kahdesta bipolaarisesta transistorista.
Edut
IGBT-elementeissä käytettyjen päälohkojen vuorovaikutusjärjestelmä poistaa yhden niistä voimakkaan bipolaarisen transistorin tärkeimmät haitat: suhteellisen pieni vahvistus nykyinen. Siten avainelementtejä rakennettaessa ohjauspiirien vaadittu teho pienenee merkittävästi.
Bipolaarisen rakenteen käyttö IGBT-transistorissa voimana eliminoi kyllästysvaikutuksen, mikä lisää huomattavasti sen vastenopeutta. Samanaikaisesti suurin käyttöjännite kasvaa ja virrassa oleva tehohäviö pienenee. Tämäntyyppisten kehittyneimmät elementit vaihtavat satojen ampeerien virtoja, ja käyttöjännite saavuttaa useita tuhansia volttia toimintataajuuksilla, jotka ovat jopa useita kymmeniä kHz.
IGBT-transistorin suunnittelu ja laajuus
Suunnittelussaan, kuten kuviosta 2 seuraa, IGBT-transistorilla on perinteinen rakenne, tukee suora asennus jäähdyttimeen, eikä se myöskään vaadi muutoksia suunnitteluun ja asennustekniikkaan elektroniikka.
On sanomattakin selvää, että IGBT: t voidaan sisällyttää moduuleihin. Esimerkki yhdestä niistä on esitetty kuvassa 3.
IGBT-sovellusten painopistealueet ovat:
- tasavirtaisten pulssityyppisten virtalähteiden lähteet;
- sähkökäyttöiset ohjausjärjestelmät;
- hitsausvirran lähteet.
Erilaisten laitteiden tavanomaisten ja keskeytymättömien virtalähteiden lisäksi IGBT-transistorit ovat houkuttelevia sähköliikenteessä, koska mahdollistavat vetovoiman tarkan hallinnan ja eliminoivat mekaanisesti ohjattujen järjestelmien tyypilliset nykivät liike.