Co je výkonový polovodič?
Výkonový polovodič je spínací zařízení, které se používá především k řízení a přeměně elektrické energie v elektronických obvodech. Obecně tato zařízení využívají elektronické vlastnosti nalezené v polovodičových prvcích, jako je arzenid gallia, germanium a křemík. Tyto gadgety, které se také nazývají výkonová zařízení, mohou během standardního provozu obvykle rozptýlit více než jeden watt energie. Obvykle jsou označovány jako výkonové integrované obvody, když jsou použity v integrovaných obvodech, které mohou obsahovat miliony zařízení spojených dohromady na jednom polovodiči.
Z velké části byla základní forma výkonového polovodičového zařízení vyvinuta v 50. letech 20. století. Inženýr Robert N. Hall je připisován za vynález zařízení. Vyrobené z germania, tyto časné přístroje obvykle měly jmenovitý proud přibližně 35 ampér a napěťovou kapacitu asi 200 voltů. Srovnejte to s moderními výkonovými polovodiči, které často zpracovávají tisíce ampér i tisíce voltů.
Existuje několik typů výkonových polovodičových zařízení, včetně výkonové diody, tranzistoru s polovodičovým polem s oxidem kovu (MOSFET), tyristoru a izolovaného hradlového bipolárního tranzistoru (IGBT). Výkonové diody jsou obvykle vyrobeny ze dvou koncových elektronických součástek. Obvykle přenášejí elektrické proudy vpřed a zabraňují proudu v opačném směru. Na rozdíl od nízkoenergetických polovodičových protějšků jsou schopny vysílat značný objem proudu.
Výkonové MOSFETy jsou jedním z nejrozšířenějších typů nízkonapěťových výkonových polovodičových aplikací. Obvykle jsou nižší než 200 voltů a používají se pro regulátory motorů, napájecí zdroje a převodníky stejnosměrného napětí na stejnosměrné. Stejně jako výkonová dioda je výkonová MOSFET obvykle vybavena pro přenášení značného množství elektrické energie. Často jsou účinnější při nižším napětí a mají vysoké komutační rychlosti než jiné druhy výkonových polovodičů.
Tyristor je typ výkonového polovodiče používaného ve všem od stmívačů světel a systémů regulace tlaku až po řízení otáček motoru a regulátory hladiny kapaliny. Jsou tvořeny čtyřmi vrstvami a sestávají ze střídavých materiálů typu P a N a obvykle mají tři elektrody. Často jsou navrženy tak, aby ovládaly značný objem energie pomocí malého spouštěcího proudu nebo napětí.
Výkonový polovodič s izolovaným hradlovým bipolárním tranzistorem (IGBT) je pomůcka určená k rychlému vypnutí a zapnutí. IGBT jsou považovány za vysoce účinný typ výkonového polovodiče a často se používají v klimatizačních systémech a elektrických automobilech. Stereo systémy, které obsahují spínací zesilovače, někdy také používají IGBT k syntéze složitých vlnových forem.