بررسی ساختار و ساختمان داخلی ترانزیستور دو قطبی با درگاه عایق‌ شده یا IGBT (برق _ الکترونیک)

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)


نکته : IGBT (ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده) یک نیمه هادی جدید و کاملاً صنعتی است که از ترکیب دو نوع ترانزیستور BGT و MOSFET ساخته شده است بطوریکه از دید ورودی شما یک ترانزیستور MOSFET را می بینید و از نظر خروجی یک BGT . BJT ها و MOSFET‌ ها دارای خصوصیاتی هستند که از نقطه نظر هایی یکدیگر را تکمیل می کنند.BJT ها در حالت روشن (وصل) دارای تلفات هدایت کمتری هستند در حالیکه زمان سوئیچینگ آنها به خصوص در زمان خاموش شدن طولانی تر است.
این قطعه الکترونیکی یک ترانزیستور دو قطبی است که در ورودی آن ها از Mosfet استفاده شده است و در واقع ترکیبی از ترانزیستور های دو قطبی (BJT) و (Mosfet) می باشد و با ترکیب مزایای آن دو یک المان برق صنعتی با سرعت سوئیچ بالا و جریان ورودی کم خلق شده است. MOSFET ها قادرند که به مراتب سریعتر قطع و وصل کنند لیکن تلفات هدایت آنها بیشتر است . IGBT یک ترانزیستوری است که مزایایBGT و  MOSFET را با هم دارد مثل : امپدانس ورودی بالا مثل MOSFET که باعث می شود که با انرژی کمی به حالت وصل سوئیچ می گردد.(افت ولتاژ و تلفات کم مانندBJT ) نظیر BJT ها دارای ولتاژ حالت روشن (وصل )کوچکی است به عنوان مثال در وسیله ی با مقدار نامی 1000V ولتاژ حالت وصل (Von ) در حدود 2 الی 3 ولت است. 

اسامی پایه ها هم از روی همان اسامی قبلی انتخاب شده G از MOSFET و E , C از ترانزیستور هایBJT.در نتیجه با این ترکیب ساده شما المانی را استفاده میکنید که دارای امپدانس بالای گیت و قابلیت تحمل ولتاژ بالا است.سرعت سوییچ کردن این نوع دارای محدودیت بوده بطور نمونه KHz 1 الی 50KHz که در کل بین دو نوع BJT و MOSFET قرار میگیرد. وبه خاطر امپدانس ورودی بسیار بالایی که دارد بسیار حساس می باشد و بیشتر در کوره های القایی برای تقویت دامنه ولتاژ استفاده می شود، و در کل مورد استفاده این نوع ترانزیستور ها بیشتر برای راه اندازی اِلمانهای توان بالا می باشد.مهمترین و تقریباً تنها کارایی IGBT سوئیچینگ جریانهای بالا می باشد. igbt ترانزیستور سریعی در عملکرد است زمان قطع و وصل در آن در حدود 1 میکرو ثانیه می باشد. چون که زمان بازیابی در این ترانزیستور خیلی کم است در نتیجه این ترانزیستور در فرکانس های بالا عملکرد مناسبی دارد.ترانزیستور دو قطبی با درگاه عایق‌ شده یا IGBT (کوتاه شده عبارت انگلیسی Insulated gate bipolar transistor) جز نیمه هادی  قدرت بوده و در درجه اول به عنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می شود که در دستگاه های جدید برای بازده بالا و سوئیچینگ سریع استفاده میشود. این سوئیچ برق در بسیاری از لوازم مدرن از جمله خودرو های برقی، قطار، یخچال ها، تردمیل، دستگاه های تهویه مطبوع و حتی سیستم های استریو و تقویت کننده ها استفاده میشود. همچنین در ساخت انواع اینورتر ها،ترانس های جوش و UPS کاربرد دارد.

بطور کلی IGBT ها در کاربردهای الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار می گیرند: از قبیل اینورتر ها، مبدل ها و منابع تغذیه و بطور کلی در کاربرد هایی که ترانزیستور های دو قطبی قدرت و یا ترانزیستور های MOSFET قدرت بطور کامل قادر نیستند نیاز های یک سوئیچ قدرت را برآورده سازند. ترانزیستور های دو قطبی با جریان بالا و یا ولتاژ بالا موجود هستند ولی سرعت سوئیچینگ آنها پایین است، در حالیکه ترانزیستور های ماسفت دارای سرعت سوئیچینگ بالایی هستند ولی انواع جریان بالا و ولتاژ بالای آنها گران بوده و دسترسی به آنها سخت می باشد.

پژوهشگر و نویسنده:  دکتر  (  افشین رشید)

دکترایِ  تخصصی نانو _ میکرو الکترونیک