Tranzystory to małe urządzenia półprzewodnikowe, które wzmacniają lub przełączają sygnały elektryczne i energię elektryczną. Tranzystory to podstawowe elementy składowe obwodu elektrycznego we współczesnej elektronice. IGBT i MOSFET to dwa rodzaje tranzystorów z trzema zaciskami stosowanymi w różnych urządzeniach o różnych napięciach. Przyjrzyjmy się czym są te tranzystory i jakie mają różnice.
IGBT vs MOSFET
Różnica między IGBT i MOSFET polega na tym, że zaciski IGBT są emiterem, kolektorem i bramką, podczas gdy MOSFET składa się z zacisków źródła, drenu i bramki. MOSFET może zawierać terminal ciała na raz. Chociaż oba urządzenia są sterowane napięciem.
IGBT to trójzaciskowe półprzewodnikowe urządzenie przełączające stosowane w różnych urządzeniach do wzmacniania lub przełączania między różnymi sygnałami elektrycznymi. Jego terminale to kolektor, emiter i brama. „Kolektor” i „emiter” to zaciski wyjściowe, a „brama” to zacisk wejściowy. Jest to idealne urządzenie przełączające półprzewodniki, ponieważ jest skrzyżowaniem tranzystora bipolarnego (BJT) i tranzystora MOSFET.
MOSFET to czterozaciskowe urządzenie półprzewodnikowe sterowane napięciem, używane do powiększania lub przełączania sygnałów obwodów. MOSFETy są zdecydowanie najczęściej używanymi tranzystorami. Może być wykonany z półprzewodnika typu p lub typu n. Jego zaciski są źródłem, drenem, bramą i ciałem. Czasami terminal ciała jest połączony z terminalem źródłowym, co czyni go urządzeniem z trzema terminalami.
Tabela porównawcza między IGBT i MOSFET
| Parametry porównania | IGBT | MOSFET |
| Terminale | Jego zaciski to kolektor, emiter i bramka. | Jego zaciski są źródłem, drenem, bramą i ciałem. |
| Nośniki ładunku | Elektrony i dziury są nośnikami ładunku. | Elektrony są głównymi przewodnikami. |
| Skrzyżowania | Posiada złącza PN. | Nie posiada złączy PN. |
| Przełączanie częstotliwości | Ma niższą częstotliwość przełączania niż MOSFET. | Ma wyższą częstotliwość przełączania. |
| Wyładowania elektrostatyczne | Jest wysoce odporny na wyładowania elektrostatyczne. | Wyładowania elektrostatyczne mogą być szkodliwe dla warstwy tlenku metalu. |
Co to jest IGBT?
Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką lub IGBT to tranzystor będący skrzyżowaniem BJT i MOSFET. Ma właściwości przełączania i przewodzenia wyjścia BJT, ale jest sterowany napięciem jak MOSFET. Ponieważ jest sterowany napięciem, wymaga tylko niewielkiej ilości napięcia, aby utrzymać przewodnictwo przez urządzenie.
IGBT łączy niskie napięcie nasycenia urządzenia półprzewodnikowego zwanego tranzystorem, a także wysoką impedancję i szybkość przełączania tranzystora MOSFET. Urządzenie ma zdolność obsługi dużych prądów kolektor-emiter z napędem o zerowym prądzie bramki. Wśród jego trzech zacisków zaciski kolektora i emitera są powiązane ze ścieżką przewodnictwa, a zacisk bramki jest powiązany ze sterowaniem urządzeniem.
IGBT jest idealny do zastosowań wysokonapięciowych i wysokoprądowych. Służy do szybkiego przełączania z wysoką wydajnością w kilku urządzeniach elektronicznych. IGBT są używane w różnych urządzeniach, takich jak napędy AC i DC, zasilacze impulsowe (SMPS), falowniki, nieregulowane zasilacze (UPS), sterowanie silnikiem trakcyjnym i ogrzewanie indukcyjne i wiele innych.
Zaletą korzystania z IGBT jest to, że zapewnia wyższe napięcie, mniejsze straty wejściowe i większy zysk mocy. Chociaż może przełączać prąd tylko w kierunku „do przodu”. Jest to urządzenie jednokierunkowe.
Co to jest MOSFET?
Tranzystor polowy MOSFET lub metal-tlenek-półprzewodnik jest urządzeniem półprzewodnikowym używanym do powiększania lub przełączania sygnałów elektronicznych. Jest to 4-zaciskowe urządzenie ze źródłem, odpływem, bramką i korpusem jako jego zaciskami. W niektórych przypadkach terminale korpusu i źródła są połączone, co powoduje zmniejszenie liczby terminali do 3.
Przewody ładujące (elektrony lub dziury) wchodzą do MOSFET-u przez zacisk źródłowy do kanału i wychodzą przez zacisk spustowy. Szerokość kanału jest kontrolowana przez terminal bramki. Bramka znajduje się pomiędzy źródłem a końcówką odpływu i jest izolowana od kanału cienką warstwą tlenku metalu. Jest również znany jako tranzystor polowy z izolowaną bramką lub IGFET, ponieważ zacisk bramki jest izolowany.
MOSFET jest bardzo wydajny nawet podczas pracy przy niskim napięciu. Ma dużą prędkość przełączania i praktycznie nie ma prądu bramki. Znajduje zastosowanie w obwodach analogowych i cyfrowych, czujnikach MOS, kalkulatorach, wzmacniaczach i cyfrowych systemach telekomunikacyjnych.
Chociaż tranzystory MOSFET nie mogą działać wydajnie przy wysokich poziomach napięcia, ponieważ powodują niestabilność urządzenia, a ponieważ ma warstwę tlenku metalu, zawsze istnieje ryzyko uszkodzenia przez zmiany elektrostatyczne.
Główne różnice między IGBT i MOSFET
IGBT i MOSFET są sterowane napięciem, ale jedną z głównych zauważalnych różnic jest to, że IGBT jest urządzeniem 3-zaciskowym, a MOSFET 4-zaciskowym. Chociaż są bardzo podobne, oba mają kilka różnic między dwoma tranzystorami.
Wniosek
Tranzystory IGBT i MOSFET szybko zastępują starsze typy tranzystorów i innych urządzeń mechanicznych stosowanych w obwodach elektrycznych. Ich wysoka sprawność i wysoka częstotliwość przełączania sprawiają, że są one nieodzowną częścią obwodu. Ponieważ oba są sterowane napięciem, wybór między nimi jest często trudny.
Mimo że IGBT jest skrzyżowaniem MOSFET i BJT, nie jest to najlepsza odpowiedź we wszystkich sytuacjach. MOSFETy zostały również znacznie ulepszone na przestrzeni lat i okazały się być bardziej dynamicznym urządzeniem. Ponieważ jednak tranzystory IGBT działają wydajnie przy wysokich napięciach, a tranzystory MOSFET działają zadziwiająco dobrze przy niskich napięciach, wybór często zależy od wymaganej mocy wyjściowej urządzenia.
Bibliografia
- http://not2fast.com/electronics/theory_docs/choosewisely.pdf
- https://ghioni.faculty.polimi.it/pel/readmat/gate-drive.pdf
