Wat is een bipolaire transistor met geïsoleerde poort?

Op zijn eenvoudigste niveau is een bipolaire transistor (IGBT) met geïsoleerde poort een schakelaar die wordt gebruikt om de stroom in te laten wanneer deze is ingeschakeld en om de stroom te stoppen wanneer deze is uitgeschakeld. Een IGBT is een solid-state apparaat, wat betekent dat het geen bewegende delen heeft. In plaats van het openen en sluiten van een fysieke verbinding, wordt deze bediend door spanning aan te leggen op een halfgeleidercomponent, de basis genaamd, die zijn eigenschappen verandert om een ​​elektrisch pad te creëren of te blokkeren.

Het meest voor de hand liggende voordeel van deze technologie is dat er geen bewegende delen zijn die verslijten. Solid-state technologie is echter niet perfect. Er zijn nog steeds problemen met elektrische weerstand, stroomvereisten en zelfs de tijd die nodig is om de schakelaar te laten werken.

Een bipolaire transistor met geïsoleerde poort is een verbeterd type transistor ontworpen om enkele van de nadelen van een conventionele transistor in vaste toestand te minimaliseren. Het biedt de lage weerstand en hoge snelheid bij het inschakelen gevonden in een krachtige metaal-oxide-halfgeleider veldeffecttransistor (MOSFET), hoewel het iets langzamer is om uit te schakelen. Het vereist ook geen constante spanningsbron zoals andere soorten transistoren.

Wanneer een IGBT wordt ingeschakeld, wordt spanning op de poort toegepast. Dit vormt het kanaal voor de elektrische stroom. De basisstroom wordt vervolgens toegevoerd en stroomt door het kanaal. Dit is in wezen identiek aan hoe een MOSFET werkt. De uitzondering hierop is dat de constructie van de bipolaire transistor met geïsoleerde poort beïnvloedt hoe het circuit wordt uitgeschakeld.

Een bipolaire transistor met geïsoleerde poort heeft een ander substraat of basismateriaal dan een MOSFET. Het substraat biedt het pad naar elektrische aarde. Een MOSFET heeft een N + -substraat, terwijl het IGBT-substraat P + is met een N + -buffer bovenaan.

Dit ontwerp beïnvloedt de manier waarop de schakelaar in een IGBT wordt uitgeschakeld, doordat deze in twee fasen kan plaatsvinden. Ten eerste daalt de stroom zeer snel. Ten tweede treedt een effect op dat recombinatie wordt genoemd, waarbij de N + -buffer bovenop het substraat de opgeslagen elektrische lading elimineert. Met de uit-schakelaar in twee stappen, duurt het iets langer dan met een MOSFET.

Door hun eigenschappen kunnen IGBT's worden vervaardigd om kleiner te zijn dan conventionele MOSFET's. Een standaard bipolaire transistor vereist iets meer halfgeleideroppervlak dan de IGBT; een MOSFET vereist meer dan twee keer zoveel. Dit verlaagt de kosten voor het produceren van IGBT's aanzienlijk en maakt het mogelijk dat meer daarvan in een enkele chip worden geïntegreerd. De stroomvereiste voor het bedienen van een bipolaire transistor met geïsoleerde poort is ook lager dan bij andere toepassingen.