Vad är en bipolär transistor med isolerad gate?
På sin enklaste nivå är en isolerad bipolär grindtransistor (IGBT) en switch som används för att tillåta strömflöde när den är på och för att stoppa strömmen när den är av. En IGBT är en solid-state-enhet, vilket betyder att den inte har några rörliga delar. Istället för att öppna och stänga en fysisk anslutning, drivs den genom att applicera spänning på en halvledarkomponent, kallad basen, som ändrar dess egenskaper för att skapa eller blockera en elektrisk bana.
Den mest uppenbara fördelen med denna teknik är att det inte finns några rörliga delar att slitas ut. Solid-state-teknik är dock inte perfekt. Det finns fortfarande problem med elektriskt motstånd, strömkrav och till och med den tid som krävs för att brytaren ska fungera.
En isolerad grindbipolär transistor är en förbättrad typ av transistor konstruerad för att minimera några av nackdelarna med en konventionell fast tillståndstransistor. Det erbjuder lågt motstånd och snabb hastighet vid påslagning som finns i en kraftmetall-oxid-halvledarfälteffekttransistor (MOSFET), även om den är något långsammare att stänga av. Det kräver inte heller en konstant spänningskälla på samma sätt som andra typer av transistorer.
När en IGBT är påslagen appliceras spänning på grinden. Detta bildar kanalen för den elektriska strömmen. Basströmmen tillförs sedan och flödar genom kanalen. Detta är väsentligen identiskt med hur en MOSFET fungerar. Undantaget från detta är att konstruktionen av den isolerade bipolära grindtransistorn påverkar hur kretsen stängs av.
En isolerad grindbipolär transistor har ett annat underlag eller basmaterial än en MOSFET. Underlaget ger vägen till elektrisk mark. En MOSFET har ett N + -underlag, medan ett IGBT: s underlag är P + med en N + -buffert på toppen.
Denna design påverkar hur omkopplaren stängs av i en IGBT genom att låta den ske i två steg. Först sjunker strömmen mycket snabbt. För det andra uppstår en effekt som kallas rekombination, under vilken N + -bufferten ovanpå substratet eliminerar den lagrade elektriska laddningen. När avstängningsomkopplaren sker i två steg tar det lite längre tid än med en MOSFET.
Deras egenskaper gör att IGBT: er kan tillverkas för att vara mindre än konventionella MOSFET: er. En standard bipolär transistor kräver något mer halvledarytor än IGBT; en MOSFET kräver mer än dubbelt så mycket. Detta minskar avsevärt kostnaden för att producera IGBT: er och gör att fler av dem kan integreras i ett enda chip. Effektbehovet för drift av en bipolär transistor med grindar är också lägre än för andra applikationer.