2.5.5 Біполярні транзистори з ізольованим затвором (бтіз)

Біполярні транзистори з ізольованим затвором (БТІЗ, англійською: IGBT – insulated gate bipolar transistor) з'явилися у 80-х роках мину­лого століття і тепер інтенсивно використовуються в якості силових приладів, витісняючи у багатьох застосуваннях тиристори.

Структура, умовне позначення та еквівалентна схема БТІЗ наве­дені на рис. 2.25.

Він являє собою складну багатошарову структуру, ство­рення якої стало можливим з розвитком інтегральної технології: це вже фактично, інтегральна мікросхема.

Рисунок 2.25 – Структура (а), умовне позначення (б) та еквівалентна схема (в) БТІЗ

БТІЗ поєднує властивості МОН-транзистора щодо керування з вла­стивостями біполярного транзистора в силовому колі.

Такі транзистори виконуються для напруги до 1200 В при частоті до 100 кГц та сил струму до 2000 А, що забезпечується паралельним з'єднанням великого числа елементарних транзисторів на одному кри­сталі. Вони продукуються у вигляді модулів, у яких міститься від одного до трьох транзисторів, що дозво­ляє зменшити габарити електронних пристроїв.

У поєднанні з широкою номенклатурою керуючих пристроїв у мікро-виконанні БТІЗ в наш час якнайширше застосовують у пристроях енер­гетичної електроніки.

2.6 Тиристори

Тиристор - це напівпровід­никовий прилад, що має багатошарову структуру і ВАХ якого має ділян­ку з негативним опором. Його використовують як перемикач струму.

Тиристори бувають двоелектродні - диністори та три­електродні - триністори.

2.6.1 Диністори

Диністор має чотиришарову структуру. У нього є три p-n переходи. Два крайніх з них (П₁ і П₃;) зміщені у прямому напрямку, а середній (П₂) - у зворотному (рис. 2.26,а).

а) б)

Рисунок 2.26 - Структура диністора (а) та його модель у вигляді

двох транзисторів (б)

Таку структуру можна представити у вигляді еквівалентної схем, що складається з двох транзисторів VT1 та VT2 р-п-р та п-р-п типу відповідно (рис. 2.27,6). Цю модель можна отримати, якщо подумки розі­тнути прилад уздовж площини А-А, а потім обидві частки електричко з'єдна­ти. При цьому виходить, що переходи П₁ і П₃ є емітерними переходами цих транзисторів, а перехід П₂ для обох транзисторів є колекторним.

Область бази Б₁ транзистора VT1 одночасно є колекторною облас­тю транзистора VT2, а область бази Б₂ транзистора VT2 - колектор­ною областю транзистора VT1.

Відповідно, колекторний струм першого транзистора є базовим для другого і_к1=і_б2, а колекторний струм другого транзистора - базовим першого і_к2=і_б1 Таке вмикання забезпечує внутрішній додатний зво­ротний зв'язок: якщо увімкнеться хоча б один транзистор, то надалі вони будуть підтримувати один одного в увімкненому стані.

ВАХ диністора наведена на рис. 2.27, на якій позначено:

U_вм - напруга вмикан­ня диністора;

І_вм - струм вмикання;

І_ум - струм утримання;

І_гр - гранично допусти­мий струм приладу;

U_гр - напруга, що відпо­відає І_гр.

Рис. 2.27-ВАХ диністора та його умовне позначення

Ділянка Оа ВАХ відпо­відає закритому стану ди­ністора, ділянка аб - ла­виноподібному переми­канню приладу (ділянка з негативним опором, бо тутR— U/ - величина від'ємна, а ділянка бв, подібна відрізку ВАХ діода - увімкненому стану диністо­ра (режим насичення), вона є робочою ділянкою характеристики.

Для вимикання приладу струм у його колі повинен стати меншим за струм утримання.

Основні параметри диністора:

-напруга вмикання диністора U_вм , що становить (20 1ООО) В;

-максимальне середнє значення прямого струму за заданих умов охолодження І_{пр max}, що становить (0,1 2) А;

-струм утримання I _ym - мінімальний прямий струм увімкненого ди­ ністора, при подальшому зниженні якого диністор переходить у непро-­ відний стан, що становить (0,01 0,1) А;

-максимальне допустиме амплітудне значення зворотної напруги U зв тах сягає до 1000 В;

-час вмикання, тобто час переходу від закритого стану до відкри­ того, знаходиться у межах (1 1О) мкс.