силові транзистори

Основні класи силових транзисторів

Транзистором називають напівпровідниковий прилад, що містить два або більше p-n -переходів і здатний працювати як в підсилювач-них, так і в ключових режимах. У силових електронних апаратах транзистори використовуються в якості повністю керованих лю-чий. Залежно від сигналу управління транзистор може знахо-диться в закритому (низька провідність) або у відкритому (висока провідність) стані. У закритому стані транзистор здатний витримувати пряме напруга, що визначається зовнішніми ланцюгами, при цьому струм транзистора має невелике значення. У відкритому стані транзистор проводить прямий струм, який визначається зовнішніми ланцюгами, при цьому напруга між силовими висновками транзистора мало. Транзистори не здатні проводити струм у зворотному напрямку і не витримують зворотної напруги.

За принципом дії разли-ють наступні основні класи силових транзисторів:

- польові транзистори, серед яких найбільшого поширення набули транзистори типу метал-оксид-напівпровідник (МОП) (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistor);

- польові транзистори з керуючим p-n-переходу або транзистори з ста-ної індукції (ЗВТ) (SIT - static induction transistor);

- біполярні транзистори з ізольованим затвором (БТІЗ) (IGBT - insulated gate bipolar transistor).

Біполярні транзистори. Біполярні транзистори складаються з трьох шарів напівпровідникових матеріалів з різним типом про- провідності. Залежно від порядку чергування шарів структури розрізняють транзистори р-п-р-і n-p-n-типу. Серед силових транзисторів широкого поширення набули транзистори п-р-п-типу (рис. 6.6. A).

Середній шар структури називається базою (В). зовнішній шар, ІНЖЕК-тірующій (впроваджує) носії - емітером (Е), що збирає носії - колектором (С). Кожен із шарів - база, емітер і колектор - має висновок для з'єднання з елементами електричної схеми та зовнішніми ланцюгами.

MOSFET-транзистори. Принцип дії МОП - транзисторів заснований на зміні електричної провідності на кордоні діелектрика і напівпровідника під впливом електричного поля.

Зі структури транзистора є наступні висновки: затвор (G), джерело (S), стік (D). а також висновок від підкладки (B). соединяемой зазвичай з витоком (рис. 6.6. b).

Принциповою відмінністю МОП - транзисторів від біполярних транзисторів є те, що вони управляються напругою (полем, створюваним цим напругою), а не струмом. Основні процеси в МОП - транзисторах обумовлені одним типом носіїв, що підвищує їх швидкодію.

Допустимі значення комутованих струмів МОП - транзисторів істотно залежать від напруги. При токах до 50 А допустима напруга зазвичай не перевищує 500 В при частоті комутації до 100 кГц.

SIT-транзистори. Це різновид польових транзисторів з керуючим p-n-переходу (рис. 6.6. C). Робоча частота SIT-транзисторів зазвичай не перевищує 100 кГц при напрузі комутованих ланцюгів до 1200 В і токах до 200 - 400 А.

IGBT-транзистори. Прагнення об'єднати в одному транзисторі позитивні властивості біполярного і польового транзисторів призвело до створення IGBT - транзистора (рис. 6.6. D).

IGBT - транзистор має низькі втрати потужності у включеному стані подібно біполярному транзистору і високий вхідний опір ланцюга управління, характерне для польового транзистора.

Мал. 6.6. Умовно-графічні позначення транзисторів:

a) - біполярний транзистор п-р-п-типу;

b) - MOSFET-транзистор з каналом п-типу;

c) - SIT-транзистор з керуючим p-n-переходу;

Комутовані напруги силових IGBT - транзисторів, так само як і біполярних, не більше 1200 В, а граничні значення струмів досягають декількох сот ампер при частоті 20 кГц.

Наведені вище характеристики обумовлюють області застосування різних типів силових транзисторів в сучасних силових електронних пристроях. Традиційно застосовувалися біполярні транзистори, основний недолік яких полягає в споживанні значного струму бази, що потребувало потужної кінцевого каскаду управління і призводило до зниження ККД пристрою в цілому.

Потім були розроблені польові транзистори, більш швидкодіючі і споживають невеликі потужності з системи управління. Основним недоліком МОП - транзисторів є великі втрати потужності від протікання силового струму, що визначається особливістю статичної ВАХ.

Останнім часом лідируючу позицію в області застосування займають IGBT - транзистори, що поєднують в собі переваги біполярних і польових транзисторів. Гранична потужність SIT - транзисторів порівняно невелика, тому широкого застосування в силовій електроніці вони не знайшли.