Quasi ogni persona moderna ha almeno sentito dire che i transistor sono ampiamente utilizzati in vari dispositivi elettronici ed elettrici. Gli esperti in elettronica sanno che i transistor si dividono in bipolari e di campo. La principale differenza tra i due è che i transistor bipolari sono guidati da una corrente che è alimentato alla loro base, mentre quelli di campo sono alimentati dalla tensione, il cui potenziale è applicato al gate di questi elementi.
C'è anche un altro tipo di transistor che è stato sviluppato alla fine degli anni '70. secolo scorso e si chiama IGBT. Questo dispositivo a semiconduttore combina le caratteristiche principali di un transistor bipolare e di un transistor ad effetto di campo: è simile nella struttura a un dispositivo bipolare, ma è controllato in tensione. Questa interessante proprietà è ottenuta grazie al fatto che il gate come elettrodo di controllo è isolato.
Struttura IGBT
Dal punto di vista della sua struttura interna, l'IGBT è realizzato come una struttura composita ed è una combinazione di un transistor ad effetto di campo e un transistor bipolare. La parte bipolare della struttura assume le funzioni di potenza, mentre l'elemento di campo implementa le funzioni di controllo. I nomi di due elettrodi sono presi in prestito dall'elemento bipolare: il collettore e l'emettitore, e sul campo - l'elettrodo di controllo è chiamato gate.
Entrambi i blocchi principali della struttura formano un insieme unico e sono interconnessi come mostrato nella Figura 1. Ne consegue che il transistor IGBT può essere considerato uno sviluppo del noto circuito Darlington, implementato da due transistor bipolari.
Benefici
Lo schema di interazione dei suoi blocchi principali utilizzati negli elementi IGBT consente di eliminare uno dei i principali svantaggi di un potente transistor bipolare: un guadagno relativamente piccolo in attuale. Pertanto, durante la costruzione di elementi chiave, la potenza richiesta dei circuiti di controllo viene notevolmente ridotta.
L'uso di una struttura bipolare in un transistor IGBT come forza elimina l'effetto di saturazione, che aumenta notevolmente la sua velocità di risposta. Allo stesso tempo, la tensione operativa massima aumenta e la perdita di potenza nello stato on diminuisce. Gli elementi più avanzati di questo tipo commutano correnti di centinaia di ampere e la tensione operativa raggiunge diverse migliaia di volt a frequenze operative fino a diverse decine di kHz.
Design e portata del transistor IGBT
Nel suo design, come segue dalla Figura 2, il transistor IGBT ha un design tradizionale, supporta montaggio diretto su un radiatore e inoltre non richiede modifiche nella tecnologia di progettazione e installazione dei circuiti di alimentazione elettronica.
Inutile dire che gli IGBT possono essere incorporati nei moduli. Un esempio di uno di essi è mostrato nella Figura 3.
Le aree di interesse delle applicazioni IGBT sono:
- sorgenti di alimentazione a impulsi con corrente continua;
- sistemi di controllo dell'azionamento elettrico;
- sorgenti di corrente di saldatura.
Insieme agli alimentatori convenzionali e non interrompibili di varie apparecchiature, i transistor IGBT sono interessanti per il trasporto elettrico, perché consentono un controllo di alta precisione dello sforzo di trazione ed eliminano gli strappi tipici dei sistemi a controllo meccanico quando movimento.