Электроника:Полупроводники/Полевые транзисторы с изолированным затвором/Биполярные транзисторы с изолированным затвором

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 656.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Биполярные транзисторы с изолированным затвором[1]

Благодаря изолированным затворам, IGFET-транзисторы всех типов имеют чрезвычайно высокое усиление по току: не может быть постоянного тока затвора, если нет непрерывной цепи затвора, в которой может непрерывно течь ток. Таким образом, единственный ток, который мы видим через вывод затвора IGFET – это всегда переходный процесс (кратковременный всплеск), который потребуется для зарядки ёмкости затворного канала и смещения области обеднения, когда транзистор переключается из состояния «включено» в состояние «выключено», или наоборот.

Настолько высокий коэффициент усиления по току на первый взгляд может дать технологии IGFET явное преимущество перед биполярными транзисторами для управления очень большими токами. Если биполярный переходной транзистор используется для управления большим током коллектора, то должен быть значительный базовый ток, получаемый или опускаемый какой-либо схемой управления, в соответствии с коэффициентом β. В качестве примера: для того, чтобы силовой BJT с β, равным 20, проводил ток коллектора в 100 А, нужно не менее 5 А базового тока, что само по себе является значительным током для миниатюрных дискретных или интегральных схем управления:

Транзистор со схемой управления

Было бы неплохо с точки зрения схемы управления иметь силовые транзисторы с высоким коэффициентом усиления по току, тогда для управления током нагрузки требуется гораздо меньший ток. Конечно, мы можем использовать транзисторы на паре Дарлингтона для увеличения коэффициента усиления по току, но такая схема по-прежнему требует гораздо большего управляющего тока, чем эквивалентный по мощности IGFET:

К сожалению, у IGFET есть проблемы с собственным контролем высокого тока: они обычно демонстрируют большее падение напряжения сток/исток в насыщенном состоянии, чем падение напряжения между коллектором и эмиттером насыщенного BJT. Это большее падение напряжения означает более высокую рассеиваемую мощность при той же величине тока нагрузки, что ограничивает полезность IGFET-транзисторов в качестве высокомощных устройств. Хотя некоторые специализированные конструкции, такие как так называемый VMOS-транзистор, были разработаны для минимизации этого неустранимого недостатка, транзистор с биполярным переходом всё же превосходит по своей способности коммутировать большие токи.

Интересное решение этой дилеммы, объединяющее лучшие качества IGFET-транзисторов с лучшими функциями BJT-транзисторов в одном устройстве, – биполярный транзистор с изолированным затвором или IGBT (от англ. insulated-gate bipolar transistor). Он также известен как биполярный МОП-транзистор, также как полевой транзистор с модуляцией проводимости (COMFET, от англ. conductivity-modulated field-effect transistor) или просто как транзистор с изолированным затвором (IGT, от англ. insulated-gate transistor). Он эквивалентен дарлингтоновской паре IGFET + BJT:

Схематическое обозначение и эквивалентная схема

По сути, IGFET управляет базовым током BJT, который управляет основным током нагрузки между коллектором и эмиттером. Таким образом, достигается чрезвычайно высокий коэффициент усиления по току (поскольку изолированный затвор IGFET практически не потребляет ток от схемы управления), но падение напряжения между коллектором и эмиттером во время полной проводимости такое же низкое, как у обычного BJT.

Недостаток IGBT

Одним из недостатков IGBT по сравнению со стандартным BJT является более медленное время выключения. Для быстрого переключения и высокой пропускной способности по току трудно превзойти биполярный переходной транзистор. Более быстрое выключение IGBT может быть достигнуто если внести определённые изменения в конструкцию, но только за счёт более высокого падения напряжения в насыщении между коллектором и эмиттером. Однако IGBT представляет собой хорошую альтернативу IGFET и BJT для приложений управления высокой мощности.

См.также

Внешние ссылки