IGBT،مخفف ترانزیستور پیوند دوقطبی با گیت عایق شده است.این ترانزیستور ها،از ترکیب ترانزیستور های ماسفت اثر میدان و پیوند دوقطبی،به وجود آمده اند،و کاربرد بسیار زیادی در الکترونیک صنعتی و کنترل صنعتی،و سوییچینگ های قدرت،دارند.به علت قدرت بسیار بالای این ترانزیستور ها،ار آنها در مدارات صوتی،مثلا به عنوان آمپلی فایر برای ساب ووفر،استفاده شده است.
ترانزیستور IGBT،مزایای دو ترانزیستور پیوند دوقطبی و اثر میدان را با هم ترکیب کرده و معایب آنها را از بین میبرد.مثلا،IGBT ها،سرعت کلید زنی و امپدانس ورودی ای مشابه با ماسفت ها دارند،(در صورتی که پیوند دوقطبی ها امپدانس ورودی پایین و سرعت کلید زنی پایین داشتند،)و مشخصه خروجی شبیه به ترانزیستور های BJT،(در صورتی که تلفات ماسفت ها در زمان اشباع بودن،از تلفات BJT ها بیش تر است).ترکیب این دو با هم،باعث تولید ترانزیستور IGBT شده که هم میتواند امپدانس ورودی بالا داشته باشد و هم هنگام کار،ولتاژ کمی دوسرش افت کند و همین باعث میشود تا بتوانیم جریان بسیار زیادی را از آن عبور دهیم و تلفات روی ترانزیستور بسیار کم باشد تا بتواند این توان را تحمل کند.
این ترانزیستور،از گیتی مشابه با گیت های ماسفت ساخته شده است،که گیت با عایقی بر روی کانال دارد و با میدان الکتریکی،کانال را کنترل میکند.اما در خروجی اش،دارای کلکتور و امیتر یک ترانزیستور BJT معمولی است.در نتیجه،خروجی ترانزیستور IGBT همانند BJT است که مطلوب است اما دیگر با جریان کنترل نمیشود،بلکه همانند ماسفت ها،با ولتاژ کنترل میشود.
IGBT ها،به وفور در اینورتر ها،کانورتر ها،کار های الترونیک قدرت،منابع تغذیه،کاربرد دارند،در جاهایی که،سرعت کلید زنی بالاست و ترانزیستور های قدرت BJT نمیتوانند با آن سرعت کار کنند،و همچنین،ماسفت ها مشخصه خروجی خوبی ندارند و تهیه نوع قدرت بالای ماسفت ها هم گران است و کمیاب.همچنین،تحمل ولتاژ های بسیار بالا،که گاهی ممکن است در کویل ها و مدارات القایی به وجود بیایند،در IGBT ها بسیار بالا است و به این راحتی،نمیتوان IGBT ها را سوزاند!
ساختمان IGBT ها:درون لایه های نیمه هادی این ترانزیستور ها،یک ترانزیستور ماسفت با کانال افزایشی وجود دارد،که گیت آن،به ترمینال گیت ای جی بی تی وصل است.حال،این ترانزیستور،با یک ترانزیستور BJT،تشکیل آرایش دارلینگتون میدهد،درین ماسفت به بیس BJT وصل شده است،و دو سر کلکتور و امیتر BJT،به ترمینال های کلکتور و امیتر IGBT وصل شده اند.جریان از کلکتور به امیتر عبور میکند و ترمینال گیت،آنرا کنترل میکند.در ترانزیستور های ماسفت،ولتاژ گیت،جریان ترانزیستور را کنترل میکرد،جریان خروجی ترانزیستور ماسفت،در IGBT،باعث میشود که ترانزیستور BJT قدرت که به آن وصل شده است،جریان بیس مورد نیاز خود را بگیرد.
در این ساختمان،IGBT نوع N نشان داده شده است.در نوع P،تنها نیمه هادی های نوع N و P،جایشان با هم عوض میشود.
همانطور که میبینید،گیت این ترانزیستور،کاملا از دیگر هادی های داخل ترانزیستور،ایزوله است.با فعال کردن گیت،کانالی بین سورس و درین ماسفت ایجاد میشود.سورس این ترانزیستوربه امیتر متصل شده است.درین این ترانزیستور،نیمه هادی زیرلایه است،و همچنین،این نیمه هادی حکم بیس ترانزیستور BJT را دارد.با فعال شدن گیت،جریانی که از درین-سورس عبور میکرد،درواقع باید از بیس ترانزیستور BJT نیز عبور کند.به کلکتور این ترانزیستور توجه کنید،دقیقا شبیه به کلکتور ترانزیستور های BJT،بزرگ و دارای ناخالصی کم است.امیتر نیز،کوچک بوده و دارای ناخالصی زیادی است.همانطور که میبینید،با دادن ولتاژ به گیت،کانالی بین نیمه هادی DRAIN که در شکل زیر مشخص شده،و سورس که همان نیمه هادی امیتر نیز هست،تشکیل شده و باعث میشود تا جریان از درین که همان ناحیه بیس ترانزیستور نیز هست،عبور کند،و ترانزیستور BJT در نهایت روشن شود،و مسیر جریان از کلکتور به سمت امیتر همانند عبور از یک ترانزیستور PNP عبور کند.
برای درک بهتر،تصویر زیر،ماسفتی که بین لایه ها است و ترانزیستور BJT ای که بین لایه ها وجود دارد را با نماد آنها کشیده است،نگاه کنید که بیس به درین و سورس به امیتر،متصل شده است...
منحنی مشخصه های IGBT:یکی از دیگر مزایای این ترانزیستور ها،نیاز گیت به ولتاژ مثبت برای راه انداختن ترانزیستور است،پس دیگر نیازی نیست ولتاژی با پلاریته مخالف در مدار ایجاد کنیم.همچنین،به ولتاژ های بالا،برای راه اندازی،نیاز ندارد.این ترانزیستور ها،کلید های یک طرفه هستند.یعنی،نمیتوانند جریان را هم از کلکتور به امیتر و هم از امیتر به کلکتور هدایت کنند،برخلاف ماسفت ها.نواحی کاری IGBT ها همانند نواحی کاری BJT ها است و دارای ناحیه اشباع،که ترانزیستور به طور کامل روشن است،ناحیه قطع که ترانزیستور به طور کامل خاموش است و ناحیه فعال که برای تقویت سیگنال کاربرد دارد.
منحنی مشخصه ی ورودی IGBT و مشخصه ی انتقالی اش:
مقایسه IGBT با ترانزیستور های ماسفت و BJT:
انواع استابیلایزر
