Co to jest tranzystor mocy: rodzaje i działanie

Wypróbuj Nasz Instrument Do Eliminowania Problemów





Tranzystor to urządzenie półprzewodnikowe, które zostało wynalezione w 1947 roku w Bell Lab przez Williama Shockleya, Johna Bardeena i Waltera Housera Brattaina. Jest to podstawowy element składowy wszelkich komponentów cyfrowych. Pierwszym wynalezionym tranzystorem był tranzystor punktowy . Główną funkcją a tranzystor polega na wzmocnieniu słabych sygnałów i odpowiedniej ich regulacji. Tranzystorowe kompromisy z materiałów półprzewodnikowych, takich jak krzem, german lub gal - arsenek. Istnieją dwa typy na podstawie ich budowy: BJT - bipolarny tranzystor złączowy (tranzystory, takie jak tranzystor złączowy, tranzystor NPN, tranzystor PNP) i tranzystor polowy FET (tranzystory takie jak tranzystor funkcji złącza i tranzystor tlenku metalu, N-kanałowy MOSFET , P-kanał MOSFET) i funkcjonalność (np. Tranzystor małosygnałowy, tranzystor przełączający, tranzystor mocy, tranzystor wysokiej częstotliwości, fototranzystor, tranzystory jednozłączowe). Składa się z trzech głównych części: emitera (E), podstawy (B) i kolektora (C) lub źródła (S), drenu (D) i przewężki (G).

Co to jest tranzystor mocy?

Trójzaciskowe urządzenie zaprojektowane specjalnie do sterowania wysokimi prądami - napięciem znamionowym i obsługi dużej liczby poziomów mocy w urządzeniu lub obwodzie to tranzystor mocy. Plik klasyfikacja tranzystorów mocy obejmują następujące elementy.




Tranzystor bipolarny

BJT to bipolarny tranzystor złączowy, który może obsługiwać dwa polaryzacje (dziury i elektrony), może być używany jako przełącznik lub wzmacniacz, a także jako urządzenie sterujące prądem. Poniżej przedstawiono charakterystykę pliku Moc BJT , oni są

  • Ma większy rozmiar, dzięki czemu może przez niego przepływać maksymalny prąd
  • Wysokie napięcie przebicia
  • Ma wyższe przenoszenie prądu i zdolność przenoszenia dużej mocy
  • Ma wyższy spadek napięcia w stanie włączenia
  • Aplikacja o dużej mocy.
Tranzystor polowy MOS-metal-tlenek-półprzewodnik- (MOSFET) -FET

Tranzystor polowy MOS-metal-tlenek-półprzewodnik- (MOSFET) -FET



MOSFET to podklasyfikacja tranzystora FET. Jest to urządzenie z trzema zaciskami, zawierające zaciski źródła, podstawy i drenu. Funkcjonalność MOSFET zależy od szerokości kanału. To znaczy, jeśli szerokość kanału jest szeroka, działa wydajnie. Poniżej przedstawiono cechy MOSFET,

  • Jest również znany jako kontroler napięcia
  • Nie jest potrzebny żaden prąd wejściowy
  • Wysoka impedancja wejściowa.

Statyczny tranzystor indukcyjny

Jest to urządzenie posiadające trzy zaciski o dużej mocy i częstotliwości, które są ustawione pionowo. Główną zaletą statycznego tranzystora indukcyjnego jest to, że ma większe przebicie napięcia w porównaniu z tranzystorem polowym FET. Poniżej przedstawiono charakterystykę statycznego tranzystora indukcyjnego,

tranzystor statyczno-indukcyjny

tranzystor statyczno-indukcyjny

  • Długość kanału jest krótka
  • Hałas jest mniejszy
  • Włączanie i wyłączanie trwa kilka sekund
  • Oporność zacisków jest niska.

Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT)

Jak sama nazwa wskazuje, IGBT to połączenie tranzystora FET i BJT, którego funkcja opiera się na bramce, gdzie tranzystor może być włączany lub wyłączany w zależności od bramki. Są powszechnie stosowane w urządzeniach energoelektronicznych, takich jak falowniki, przetworniki i zasilacze. Poniżej przedstawiono charakterystykę tranzystora bipolarnego z izolowaną bramką (IGBT),


tranzystor-bipolarny z izolowaną bramką (IGBT)

tranzystor-bipolarny z izolowaną bramką (IGBT)

  • Na wejściu obwodu straty są mniejsze
  • wyższy zysk mocy.

Struktura tranzystora mocy

Tranzystor mocy BJT jest urządzeniem zorientowanym pionowo o dużej powierzchni przekroju z naprzemiennymi warstwami typu P i N. Można go zaprojektować za pomocą P-N-P lub N-P-N tranzystor.

tranzystor pnp-and-npn

tranzystor pnp-and-npn

Poniższa konstrukcja przedstawia typ P-N-P, który składa się z trzech końcówek nadajnika, podstawy i kolektora. Gdzie końcówka emitera jest połączona z silnie domieszkowaną warstwą typu n, poniżej której występuje umiarkowanie domieszkowana warstwa p o stężeniu 1016 cm-3 i słabo domieszkowana warstwa n o stężeniu 1014 cm-3, która jest również nazywana obszar dryfu kolektora, w którym obszar dryfu kolektora decyduje o napięciu przebicia urządzenia, a na dole posiada warstwę n +, która jest silnie domieszkowaną warstwą typu n o stężeniu 1019 cm-3, w której kolektor jest wytrawiony na interfejs użytkownika.

Konstrukcja tranzystora mocy NPN BJT

Konstrukcja tranzystora mocy NPN

Działanie tranzystora mocy

Tranzystor mocy BJT działa w czterech regionach działania, którymi są

  • Odcięty region
  • Region aktywny
  • Obszar quasi nasycenia
  • Region twardego nasycenia.

Mówi się, że tranzystor mocy jest w trybie odcięcia, jeśli tranzystor mocy n-p-n jest podłączony odwrotnie stronniczość gdzie

przypadek (i): Zacisk bazowy tranzystora jest podłączony do ujemnego, a zaciski emitera tranzystora do dodatniego i

sprawy: Zacisk kolektora tranzystora jest połączony z biegunem ujemnym, a zacisk bazowy tranzystora jest połączony z biegunem dodatnim, to jest baza-emiter, a kolektor-emiter jest polaryzowany odwrotnie.

tranzystor-region-odcięcia-mocy

tranzystor-region-odcięcia-mocy

W związku z tym nie będzie przepływu prądu wyjściowego do bazy tranzystora, gdzie IBE = 0, a także nie będzie prądu wyjściowego płynącego przez kolektor do emitera, ponieważ IC = IB = 0, co wskazuje, że tranzystor jest w stanie wyłączonym, czyli odcięty region. Jednak niewielka część przepływającego prądu upływu wyrzuca tranzystor z kolektora do emitera, czyli ICEO.

Mówi się, że tranzystor jest nieaktywny tylko wtedy, gdy region baza-emiter jest polaryzowany do przodu, a obszar bazowy kolektora do tyłu. Stąd nastąpi przepływ prądu IB w bazie tranzystora i przepływ prądu IC przez kolektor do emitera tranzystora. Kiedy IB wzrasta, IC również wzrasta.

tranzystor w aktywnym regionie mocy

tranzystor w aktywnym regionie mocy

Mówi się, że tranzystor znajduje się w stanie quasi-nasycenia, jeśli baza-emiter i baza kolektora są połączone w polaryzacji przesyłania. Mówi się, że tranzystor jest mocno nasycony, jeśli baza-emiter i baza kolektora są połączone w polaryzacji przesyłania.

tranzystor-obszar-nasycenia-mocy

tranzystor-obszar-nasycenia-mocy

Charakterystyka wyjściowa tranzystora mocy V-I

Charakterystyki wyjściowe można skalibrować graficznie, jak pokazano poniżej, gdzie oś X przedstawia VCE, a oś Y przedstawia IC.

charakterystyka wyjściowa

charakterystyka wyjściowa

  • Poniższy wykres przedstawia różne regiony, takie jak region odcięcia, region aktywny, region twardego nasycenia, region quasi nasycenia.
  • Dla różnych wartości VBE istnieją różne wartości prądu IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
  • Jeśli nie ma przepływu prądu, oznacza to, że tranzystor jest wyłączony. Ale kilka przepływów prądu, które są ICEO.
  • Dla zwiększonej wartości IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. Gdzie IB0 to wartość minimalna, a IB6 to wartość maksymalna. Kiedy VCE rośnie, ICE również nieznacznie rośnie. Gdzie IC = ßIB, stąd urządzenie jest znane jako aktualne urządzenie sterujące. Co oznacza, że ​​urządzenie jest w aktywnym regionie, który istnieje przez określony czas.
  • Gdy układ scalony osiągnie maksimum, tranzystor przełącza się w obszar nasycenia.
  • Gdzie ma dwa regiony nasycenia, quasi region nasycenia i region twardego nasycenia.
  • Mówi się, że tranzystor znajduje się w obszarze quasi nasycenia wtedy i tylko wtedy, gdy prędkość przełączania z włączania do wyłączania lub wyłączania do włączania jest duża. Ten rodzaj nasycenia obserwuje się w aplikacjach o średniej częstotliwości.
  • Podczas gdy w regionie o dużym nasyceniu tranzystor potrzebuje pewnej ilości czasu, aby przełączyć się ze stanu włączonego do stanu wyłączenia lub wyłączenia do stanu włączenia. Ten rodzaj nasycenia obserwuje się w aplikacjach o niskiej częstotliwości.

Zalety

Zalety mocy BJT to:

  • Wzmocnienie napięcia jest wysokie
  • Gęstość prądu jest duża
  • Napięcie przewodzenia jest niskie
  • Wzrost przepustowości jest duży.

Niedogodności

Wadami mocy BJT są:

  • Stabilność termiczna jest niska
  • Jest głośniej
  • Sterowanie jest nieco skomplikowane.

Aplikacje

Zastosowania mocy BJT to:

  • Zasilacze impulsowe ( SMPS )
  • Przekaźniki
  • Wzmacniacze mocy
  • Przetwornice DC na AC
  • Obwody sterowania mocą.

FAQs

1). Różnica między tranzystorem a tranzystorem mocy?

Tranzystor to trzy- lub czterozaciskowe urządzenie elektroniczne, w którym po przyłożeniu prądu wejściowego do pary zacisków tranzystora można zaobserwować zmianę prądu na innym zacisku tego tranzystora. Tranzystor działa jak przełącznik lub wzmacniacz.

Natomiast tranzystor mocy działa jak radiator, który chroni obwód przed uszkodzeniem. Jest większy niż zwykły tranzystor.

2). Który region tranzystora sprawia, że ​​przełącza się on szybciej z włączonego na wyłączony lub z wyłączonego na włączony?

Tranzystor mocy, gdy jest w quasi nasyceniu, przełącza się szybciej z włączonego na wyłączony lub z wyłączonego na włączony.

3). Co oznacza N w tranzystorze NPN lub PNP?

N w tranzystorze typu NPN i PNP reprezentuje rodzaj stosowanych nośników ładunku, który w typie N większość nośników ładunku to elektrony. Stąd w NPN dwa nośniki ładunku typu N są umieszczone przekładkowo z typem P, aw PNP pojedynczy nośnik ładunku typu N jest umieszczony pomiędzy dwoma nośnikami ładunku typu P.

4). Jaka jest jednostka tranzystora?

Standardowymi jednostkami tranzystora do pomiarów elektrycznych są odpowiednio amper (A), wolt (V) i om (Ω).

5). Czy tranzystor działa na AC lub DC?

Tranzystor to rezystor zmienny, który może pracować zarówno na prąd przemienny, jak i stały, ale nie może przekształcić prądu przemiennego w prąd stały ani z prądu stałego na prąd przemienny.

Tranzystor jest podstawowym elementem składowym a system cyfrowy , są dwojakiego rodzaju w zależności od ich struktury i funkcjonalności. Tranzystor używany do sterowania dużym napięciem i prądem to tranzystor mocy BJT (tranzystor bipolarny) jest tranzystorem mocy. Jest również znany jako urządzenie sterujące napięciem i prądem, które działa w 4 obszarach z odcięciem, aktywnym, quasi nasyceniem i twardym nasyceniem na podstawie dostaw dostarczanych do tranzystora. Główną zaletą tranzystora mocy jest to, że działa on jako urządzenie sterujące prądem.