ترانزیستور چیست؟

ترانزیستور یک قطعه الکترونیکی سه پایه است. با اعمال ولتاژ به یکی از پایه‌ها می‌توان جریان از دو پایه دیگر را کنترل کرد. در واقع این قطعه جریان یا ولتاژ را کنترل می‌کند. ترانزیستور دوقطبی گیت عایق (IGBT) و ترانزیستور اثر میدان نیمه‌هادی اکسید فلزی ماسفت (MOSFET) دو نوع ترانزیستور هستند. هر دو این ترانزیستورها اجزای اصلی ساختمان مدارهای الکترونیکی مدرن بوده و دستگاه‌های کنترل ولتاژ هستند. با این‌حال، آن‌ها در جنبه‌های گوناگونی متفاوت هستند. در ادامه مطلب یک دید کلی از چگونگی عملکرد این دو ترانزیستور بیان می‌شود و تفاوت آن‌ها با یکدیگر مقایسه خواهد شد.

IGBT  چیست؟

IGBT مخفف Insulated Gate Bipolar Transistor است. ترانزیستور IGBT یک دستگاه نیمه‌هادی سه ترمینال است که در مدارهای الکترونیکی مختلف برای سوئیچینگ و تقویت سیگنال‌ها استفاده می‌شود. درواقعIGBT  یک نوع ترانزیستور قدرتمند است که ترکیبی از ترانزیستور قطبی تراشه (Bipolar Junction Transistor – BJT) و ترانزیستور MOSFET است. این ترانزیستورها برای کاربردهای برق قدرت استفاده می‌شوند. درواقع IGBT فناوری ماسفت را با عملکرد خروجی یک ترانزیستور دو قطبی معمولی ترکیب می‌کند. به این صورت که دارای سوییچینگ خروجی و رسانایی یک ترانزیستور دو قطبی است اما مانند ماسفت با ولتاژ کنترل می‌شود.

IGBT به‌صورت مرکب و ساختاری پیچیده تولید می‌شود. این ساختار شامل سه لایه اصلی است:

•    نیمه‌هادی N-سوئیچ (N-Switch)
•    نیمه‌هادی P-سوئیچ (P-Switch)
•    لایه کنترل(Control Layer)

لایه کنترل مانند دروازه (Gate) ترانزیستور MOSFET عمل می‌کند و قدرت کنترل جریان را به این دستگاه می‌دهد. IGBT همچنین دارای سه ترمینال است که عبارت‌اند از: امیتر (E)، جمع کننده (C) و ورودی (G).

مزایای IGBT چیست؟

مزیت اصلی استفاده از IGBT، ترکیب ویژگی‌های برتر ترانزیستور MOSFET و BJT است. IGBT جریان بالا و توان بالا را مانند BJT  قابل‌کنترل می‌کند. درعین‌حال سرعت سوئیچینگ بالا و مقاومت ورودی بالا را مانند MOSFET دارد. این ویژگی‌ها IGBT را به یک انتخاب مناسب برای کاربردهایی مانند درایورهای موتورها، مبدل‌های قدرت و دستگاه‌های الکترونیکی قوی تبدیل می‌کند.

با استفاده از IGBT، می‌توان کنترل دقیق‌تری بر روی جریان و ولتاژ داشت. این ترانزیستور قابلیت سوئیچینگ در فرکانس‌های بالا را دارد. همچنین، این ترانزیستورها دارای ویژگی‌های ایمنی الکتریکی بیشتری نسبت به BJT هستند.

IGBT‌ها در برنامه‌های صنعتی و قدرتی مانند درایورهای موتورها، سیستم‌های تبدیل توان، منابع تغذیه قدرت، مدارهای سوئیچینگ قدرت و مبدل‌های UPS (نیروی برق بدون قطع) استفاده می‌شوند. همچنین، در برخی از کاربردهای خانگی نیز مانند دستگاه‌های جوش و سیستم‌های خنک‌کننده از IGBT استفاده می‌شود. اینورتر جوشکاری هاردکس دارای ترانزیستور IGBT است.

IGBT‌ ازآنجاکه ترکیبی از دو تکنولوژی است، به‌عنوان یک گزینه کارآمد برای کاربردهایی با قدرت بالا، کنترل دقیق جریان و ولتاژ و سرعت سوئیچینگ بالا شناخته می‌شود.

ماسفت چیست؟

ماسفت مخفف Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor است. MOSFET یک دستگاه سوئیچینگ نیمه‌هادی و دارای چهار ترمینال بوده که برای سوئیچینگ و تقویت سیگنال‌ها در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود.

چهار پایانه ماسفت عبارت‌اند از: منبع (S)، تخلیه (D)، دروازه (G) و بدنه (یا بستر). گاهی اوقات، ترمینال بدنه ماسفت به ترمینال منبع متصل می‌شود، که آن را به یک دستگاه سه ترمینال تبدیل می‌کند.

بر اساس ساخت و اصل عملیات، ماسفت ها از چهار نوع زیر هستند:

•    ماسفت تقویت کانال N
•    ماسفت تقویت کانال P
•    ماسفت تخلیه کانال N
•    ماسفت تخلیه کانال P

تفاوت بین IGBT و MOSFETچیست؟

ماسفت (MOSFET) و IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) دو نوع ترانزیستور قدرتمند در صنعت الکترونیک قدرت هستند. اما این دو دارای تفاوت‌های مهمی هستند که در ادامه بیشتر درمورد آن‌ها صحبت میکنیم.

ساختار:

ماسفت و IGBT دارای ساختارهای متفاوتی هستند. ماسفت ترانزیستوری است که از مزیت‌هایی مانند مقاومت ورودی بالا، سرعت سوئیچینگ بالا و کنترل دقیق جریان برخوردار است. IGBT به‌عنوان ترکیبی از ترانزیستور MOSFET و ترانزیستور قطبی تراشه (Bipolar Junction Transistor) ساخته‌شده است. این ترکیب سبب شده است که IGBT ویژگی‌های مثبت هر دو تکنولوژی را در بر داشته باشد.

جریان کنترلی:

یکی از تفاوت‌های اصلی بین ماسفت و IGBT قدرت کنترل جریان است. ماسفت در ولتاژهای کاری پایین‌تر کار می‌کند و برای کنترل جریان در حداکثر توان خروجی مناسب است. از طرف دیگر، IGBT  قابلیت کنترل جریان در ولتاژهای بالاتر را دارد. در نتیجه برای کاربردهایی که نیاز به قدرت بالاتر و کنترل دقیق جریان دارند، مورداستفاده قرار می‌گیرد.

ولتاژ کاری:

ماسفت در ولتاژهای کاری پایین‌تر (تا ۶۰۰ ولت) استفاده می‌شود. در عوض IGBT قابلیت عمل در ولتاژهای بالاتر (از ۶۰۰ ولت به بالا) را دارد. در نتیجه برای برنامه‌هایی که نیاز به کار در سطوح ولتاژ بالاتر دارند، مناسب است.

سرعت سوئیچینگ:

ماسفت دارای سرعت سوئیچینگ بسیار بالا است و به‌طور عمومی سوئیچینگ سریع‌تری نسبت به IGBT دارد. این ویژگی سبب می‌شود که ماسفت برای برنامه‌هایی که نیاز به سوئیچینگ سریع و عملکرد پایدار در فرکانس بالا دارند، مناسب باشد. در مقابل، IGBT  سوئیچینگ با سرعت کنترل‌شده و سرعت کمتری نسبت به ماسفت دارد.

امنیت الکتریکی:

IGBT دارای ساختار امنیتی بیشتری در مقایسه با ماسفت است. به همین دلیل در مواجهه با ولتاژهای بالا و ایجاد شرایط خطرناک، معمولاً در کاربردهایی که نیاز به امنیت الکتریکی بالا دارند (مانند درایورهای موتورها) استفاده می‌شود.

جدول مقایسه ترانزیستورIGBT  و MOSFET

جدول زیر ویژگی‌های مختلف IGBT و MOSFET را مقایسه و مقایسه می‌کند .

نتیجه گیری

IGBT و MOSFET هر دو نوع ترانزیستور هستند. این دو نوع ترانزیستور به‌طور گسترده‌ای در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شوند. در اینجا، تفاوت‌های عمده بین IGBT و MOSFET و نحوه عملکرد آن‌ها را برجسته کردیم.

با توجه به این تفاوت‌ها، انتخاب میان ماسفت و IGBT بسته به نیازها و برنامه‌های مورداستفاده شماست. ماسفت برای کاربردهای کم‌توان و سرعت سوئیچینگ بالا مناسب است. درحالی‌که IGBT برای کاربردهای باقدرت بالا و کنترل دقیق جریان و ولتاژ مناسب است.