Che cos'è un transistor di potenza: tipi e suo funzionamento

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Un transistor è un dispositivo a semiconduttore, inventato nel 1947 al Bell Lab da William Shockley, John Bardeen e Walter Houser Brattain. È un elemento costitutivo di base di qualsiasi componente digitale. Il primo transistor inventato è stato un transistor a punto di contatto . La funzione principale di a transistor è amplificare i segnali deboli e regolarli di conseguenza. Un transistor compromette i materiali semiconduttori come silicio o germanio o gallio - arseniuro. Sono classificati in due tipi in base alla loro struttura, transistor a giunzione bipolare BJT (transistor come transistor di giunzione, transistor NPN, transistor PNP) e transistor ad effetto di campo FET (transistor come transistor con funzione di giunzione e transistor a ossido di metallo, MOSFET a canale N , MOSFET a canale P) e funzionalità (come transistor a segnale piccolo, transistor di commutazione piccolo, transistor di potenza, transistor ad alta frequenza, fototransistor, transistor Unijunction). Consiste di tre parti principali Emettitore (E), Base (B) e Collettore (C) o una Sorgente (S), uno scarico (D) e un gate (G).

Cos'è un transistor di potenza?

Il dispositivo a tre terminali progettato specificamente per controllare la tensione nominale di alta corrente e gestire un gran numero di livelli di potenza in un dispositivo o in un circuito è un transistor di potenza. Il classificazione del transistor di potenza include il seguente.




Transistor bipolare a giunzione

Un BJT è un transistor a giunzione bipolare, che è in grado di gestirne due polarità (buchi ed elettroni), può essere utilizzato come interruttore o come amplificatore e noto anche come dispositivo di controllo della corrente. Le seguenti sono le caratteristiche di un file Potenza BJT , sono

  • Ha una dimensione maggiore, in modo che la corrente massima possa fluire attraverso di essa
  • La tensione di rottura è alta
  • Ha capacità di trasporto di corrente più elevate e capacità di gestione ad alta potenza
  • Ha una caduta di tensione in stato on più elevata
  • Applicazione ad alta potenza.
MOSFET-transistor a effetto di campo a semiconduttore MOSFET

MOSFET-transistor a effetto di campo a semiconduttore MOSFET



MOSFET è una sottoclassificazione del transistor FET, è un dispositivo a tre terminali contenente terminali di sorgente, base e drenaggio. La funzionalità MOSFET dipende dalla larghezza del canale. Cioè se la larghezza del canale è ampia, funziona in modo efficiente. Le seguenti sono le caratteristiche di un MOSFET,

  • È anche noto come controller di tensione
  • Non è necessaria alcuna corrente di ingresso
  • Un'alta impedenza di ingresso.

Transistor statico a induzione

È un dispositivo che ha tre terminali, con alta potenza e frequenza che è orientata verticalmente. Il vantaggio principale del transistor ad induzione statica è che ha una rottura di tensione più elevata rispetto al transistor ad effetto di campo FET. Le seguenti sono le caratteristiche del transistor a induzione statica,

transistor a induzione statica

transistor a induzione statica

  • La lunghezza del canale è breve
  • Il rumore è minore
  • L'accensione e lo spegnimento sono di pochi secondi
  • La resistenza del terminale è bassa.

Transistor bipolare a gate isolato (IGBT)

Come suggerisce il nome, un IGBT è una combinazione di transistor FET e BJT la cui funzione è basata sul suo gate, dove il transistor può essere acceso o spento a seconda del gate. Sono comunemente applicati in dispositivi elettronici di potenza come inverter, convertitori e alimentatori. Le seguenti sono le caratteristiche del transistor bipolare a gate isolato (IGBT),


transistor bipolare a gate isolato (IGBT)

transistor bipolare a gate isolato (IGBT)

  • All'ingresso del circuito le perdite sono inferiori
  • maggiore guadagno di potenza.

Struttura del transistor di potenza

Il transistor di potenza BJT è un dispositivo orientato verticalmente con un'ampia area di sezione trasversale con strati alternati di tipo P e N collegati insieme. Può essere progettato utilizzando P-N-P o un N-P-N transistor.

transistor pnp-e-npn

transistor pnp-e-npn

La seguente costruzione mostra un tipo P-N-P, che consiste di tre terminali emettitore, base e collettore. Dove il terminale dell'emettitore è collegato a uno strato di tipo n altamente drogato, al di sotto del quale è presente uno strato p moderatamente drogato con una concentrazione di 1016 cm-3 e uno strato n leggermente drogato con una concentrazione di 1014 cm-3, che è anche chiamato come regione di deriva del collettore, dove la regione di deriva del collettore decide la tensione di break-over del dispositivo e nella parte inferiore, ha uno strato n + che è uno strato di tipo n altamente drogato con una concentrazione di 1019 cm-3, dove il collettore è inciso per interfaccia utente.

Costruzione BJT a transistor di potenza NPN

Costruzione a transistor di potenza NPN

Funzionamento del transistor di potenza

Il transistor di potenza BJT funziona in quattro regioni di funzionamento

Si dice che un transistor di potenza sia in modalità di interruzione se il transistor di potenza n-p-n è collegato al contrario pregiudizio dove

caso (i): Il terminale di base del transistor è collegato al negativo e i terminali dell'emettitore del transistor è collegato al positivo, e

caso (i): Il terminale del collettore del transistor è collegato al negativo e il terminale di base del transistor è collegato al positivo che è emettitore di base e il collettore-emettitore è in polarizzazione inversa.

transistor-regione-di-taglio

transistor-regione-di-taglio

Quindi non ci sarà flusso di corrente di uscita alla base del transistor dove IBE = 0, e inoltre non ci sarà corrente di uscita che fluisce attraverso il collettore all'emettitore poiché IC = IB = 0 che indica che il transistor è in stato off che è un regione tagliata. Ma una piccola frazione dei flussi di corrente di dispersione lancia il transistor dal collettore all'emettitore, cioè ICEO.

Si dice che un transistor sia inattivo solo quando la regione base-emettitore è polarizzata in avanti e la regione collettore-base è polarizzata inversa. Quindi ci sarà un flusso di corrente IB nella base del transistor e un flusso di corrente IC attraverso il collettore all'emettitore del transistor. Quando l'IB aumenta, aumenta anche l'IC.

transistor-regione-attiva-di-potenza

transistor-regione-attiva-di-potenza

Si dice che un transistor sia nella fase di quasi saturazione se base-emettitore e collettore-base sono collegati in polarizzazione di inoltro. Si dice che un transistor sia in saturazione rigida se base-emettitore e collettore-base sono collegati in polarizzazione di inoltro.

saturazione-regione-di-potenza-transistor

saturazione-regione-di-potenza-transistor

Caratteristiche di uscita V-I di un transistor di potenza

Le caratteristiche di uscita possono essere calibrate graficamente come mostrato di seguito, dove l'asse x rappresenta VCE e l'asse y rappresenta IC.

caratteristiche di uscita

caratteristiche di uscita

  • Il grafico sotto rappresenta varie regioni come la regione di cut-off, la regione attiva, la regione di saturazione dura, la regione di quasi saturazione.
  • Per diversi valori di VBE, ci sono diversi valori di corrente IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
  • Ogni volta che non c'è flusso di corrente, significa che il transistor è spento. Ma pochi flussi di corrente che sono ICEO.
  • Per il valore aumentato di IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. Dove IB0 è il valore minimo e IB6 è il valore massimo. Quando VCE aumenta, anche ICE aumenta leggermente. Dove IC = ßIB, quindi il dispositivo è noto come dispositivo di controllo corrente. Ciò significa che il dispositivo si trova nella regione attiva, che esiste per un determinato periodo.
  • Una volta che l'IC ha raggiunto il massimo, il transistor passa alla regione di saturazione.
  • Dove ha due regioni di saturazione, regione di quasi saturazione e regione di saturazione dura.
  • Si dice che un transistor si trovi in ​​una regione di quasi saturazione se e solo se la velocità di commutazione da on a off o da off a on è veloce. Questo tipo di saturazione si osserva nell'applicazione a media frequenza.
  • Mentre in una regione di forte saturazione il transistor richiede un certo periodo di tempo per passare dallo stato on a off o da off a on. Questo tipo di saturazione si osserva nelle applicazioni a bassa frequenza.

Vantaggi

I vantaggi del power BJT sono,

  • Il guadagno di tensione è alto
  • La densità della corrente è alta
  • La tensione diretta è bassa
  • Il guadagno di larghezza di banda è elevato.

Svantaggi

Gli svantaggi del power BJT sono,

  • La stabilità termica è bassa
  • È più rumoroso
  • Il controllo è un po 'complesso.

Applicazioni

Le applicazioni del potere BJT sono,

  • Alimentatori switching ( SMPS )
  • Relè
  • Amplificatori di potenza
  • Convertitori da CC a CA.
  • Circuiti di controllo della potenza.

Domande frequenti

1). Differenza tra transistor e transistor di potenza?

Un transistor è un dispositivo elettronico a tre o quattro terminali, dove applicando una corrente di ingresso a una coppia dei terminali del transistor, si può osservare una variazione di corrente in un altro terminale di quel transistor. Un transistor agisce come un interruttore o un amplificatore.

Considerando che un transistor di potenza agisce come un dissipatore di calore, che protegge il circuito da eventuali danni. È di dimensioni maggiori rispetto a un normale transistor.

2). Quale regione del transistor lo rende più veloce da acceso a spento o da spento ad acceso?

Il transistor di potenza quando è in quasi saturazione passa più velocemente da on a off o da off a on.

3). Cosa significa N in transistor NPN o PNP?

N nei transistor di tipo NPN e PNP rappresenta il tipo di portatori di carica utilizzati, che è in un tipo N i portatori di carica maggioritari sono elettroni. Quindi in NPN due portatori di carica di tipo N sono inseriti a sandwich con un tipo P, e in PNP un portatore di carica di tipo N singolo è inserito tra due portatori di carica di tipo P.

4). Qual è l'unità del transistor?

Le unità standard di un transistor per la misurazione elettrica sono rispettivamente Ampere (A), Volt (V) e Ohm (Ω).

5). Il transistor funziona in CA o CC?

Un transistor è un resistore variabile che può funzionare sia su CA che su CC ma non può convertire da CA a CC o da CC a CA.

Il transistor un componente di base di un sistema digitale , sono di due tipi in base alla loro struttura e in base alla loro funzionalità. Il transistor che viene utilizzato per controllare grandi tensioni e correnti è un BJT di potenza (transistor bipolare) è un transistor di potenza. È anche noto come dispositivo di controllo tensione-corrente che opera in 4 regioni di interruzione, attiva, quasi saturazione e saturazione rigida in base alle alimentazioni fornite al transistor. Il vantaggio principale di un transistor di potenza è che funge da dispositivo di controllo della corrente.