Transistorit ovat pieniä puolijohdelaitteita, jotka suurentavat tai kytkevät sähkösignaaleja ja sähkötehoa. Transistorit ovat sähköpiirin perusrakennuspalikoita nykyaikaisessa elektroniikassa. IGBT ja MOSFET ovat kahden tyyppisiä transistoreita, joissa on kolme terminaalia, joita käytetään eri laitteissa eri jännitteillä. Katsotaanpa, mitä nämä transistorit ovat ja mitä eroja niillä on.
IGBT vs MOSFET
Ero IGBT:n ja MOSFETin välillä on, että IGBT:n liittimet ovat emitteri-, kollektori- ja porttiliittimet, kun taas MOSFET koostuu lähde-, nielu- ja porttiliittimistä. MOSFET voi sisältää runkopäätteen kerrallaan. Molempia laitteita ohjataan kuitenkin jännitteellä.
IGBT on kolminapainen puolijohdekytkentälaite, jota käytetään eri laitteissa vahvistamaan tai vaihtamaan erilaisten sähköisten signaalien välillä. Sen liittimet ovat Collector, emitter ja gate. "Collector" ja "emitteri" ovat lähtöliittimiä ja "portti" on tuloliitin. Se on ihanteellinen puolijohdekytkentälaite, koska se on Bipolar Junction Transistorin (BJT) ja MOSFETin välinen risti.
MOSFET on nelinapainen jänniteohjattu puolijohdelaite, jota käytetään suurennus- tai kytkentäpiirisignaaleissa. MOSFETS ovat ylivoimaisesti yleisimmin käytettyjä transistoreita. Se voidaan valmistaa joko p- tai n-tyypin puolijohteella. Sen liittimet ovat lähde, viemäri, portti ja runko. Joskus runkoliitin on kytketty lähdeliittimeen, jolloin siitä tulee kolminapainen laite.
Vertailutaulukko IGBT:n ja MOSFETin välillä
| Vertailuparametrit | IGBT | MOSFET |
| Terminaalit | Sen liittimet ovat keräin, emitteri ja portti. | Sen liittimet ovat lähde, viemäri, portti ja runko. |
| Lataustelineet | Elektronit ja reiät ovat molemmat varauksen kantajia. | Elektronit ovat tärkeimpiä johtimia. |
| Liitokset | Siinä on PN-liitokset. | Siinä ei ole PN-liitoksia. |
| Taajuuksien vaihto | Sen kytkentätaajuus on pienempi kuin MOSFET. | Siinä on korkeampi kytkentätaajuus. |
| Sähköstaattinen purkaus | Se kestää hyvin sähköstaattista purkausta. | Sähköstaattinen purkaus voi olla haitallista metallioksidikerrokselle. |
Mikä on IGBT?
Insulated Gate Bipolar Transistor tai IGBT on transistori, joka on BJT:n ja MOSFETin risteys. Sillä on BJT:n lähtökytkentä- ja johtavuusominaisuudet, mutta se on jänniteohjattu kuten MOSFET. Koska se on jänniteohjattu, se vaatii vain pienen määrän jännitettä ylläpitääkseen johtavuutta laitteen läpi.
IGBT yhdistää transistoriksi kutsutun puolijohdelaitteen alhaisen kyllästysjännitteen sekä MOSFETin suuren impedanssin ja kytkentänopeuden. Laite pystyy käsittelemään suuria kollektori-emitterivirtoja nollahilavirtakäytöllä. Sen kolmesta liittimestä kollektori- ja emitteriliittimet liittyvät konduktanssipolkuun, ja hilaliitin on linkitetty laitteen ohjaamiseen.
IGBT on ihanteellinen suurjännite- ja suurvirtasovelluksiin. Sitä käytetään nopeaan ja tehokkaaseen vaihtoon useissa elektronisissa laitteissa. IGBT:itä käytetään erilaisissa laitteissa, kuten AC- ja DC-moottorikäytöissä, kytkinmuotoisissa virtalähteissä (SMPS), inverttereissä, säätelemättömässä virtalähteessä (UPS), vetomoottorin ohjauksessa ja induktiolämmityksessä ja monissa muissa.
IGBT:n käytön etuna on, että se tarjoaa suuremman jännitteen, pienemmät tulohäviöt ja suuremman tehonlisäyksen. Se voi kuitenkin vaihtaa virtaa vain "eteenpäin". Se on yksisuuntainen laite.
Mikä on MOSFET?
MOSFET tai Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor on puolijohdelaite, jota käytetään elektronisten signaalien suurentamiseen tai kytkemiseen. Se on 4-napainen laite, jonka liittiminä ovat lähde, viemäri, portti ja runko. Joissakin tapauksissa runko- ja lähdeliittimet on kytketty, jolloin liittimen määrä laskee kolmeen.
Varausjohtimet (elektronit tai reiät) tulevat MOSFETiin lähdeliittimen kautta kanavaan ja poistuvat tyhjennysliittimen kautta. Kanavan leveyttä ohjaa porttipääte. Portti sijaitsee lähteen ja tyhjennysliittimen välissä ja on eristetty kanavasta ohuella metallioksidikerroksella. Se tunnetaan myös nimellä Insulated Gate Field Effect Transistor tai IGFET, koska hilaliitin on eristetty.
MOSFET on erittäin tehokas myös matalalla jännitteellä työskenneltäessä. Sillä on suuri kytkentänopeus, eikä siinä ole käytännössä lainkaan hilavirtaa. Sitä käytetään analogisissa ja digitaalisissa piireissä, MOS-antureissa, laskimissa, vahvistimissa ja digitaalisissa tietoliikennejärjestelmissä.
Vaikka MOSFETit eivät voi toimia tehokkaasti korkealla jännitetasolla, koska se aiheuttaa epävakautta laitteeseen ja koska siinä on metallioksidikerros, se on aina vaarassa vaurioitua sähköstaattisten muutosten takia.
Tärkeimmät erot IGBT:n ja MOSFETin välillä
IGBT ja MOSFET ovat molemmat jänniteohjattuja, mutta yksi merkittävä ero on, että IGBT on 3-napainen laite ja MOSFET on 4-napainen laite. Vaikka ne ovat hyvin samankaltaisia, molemmilla on muutamia eroja kahden transistorin välillä.
Johtopäätös
IGBT:t ja MOSFETit korvaavat nopeasti vanhemmat transistorit ja muut sähköpiireissä käytetyt mekaaniset laitteet. Niiden korkea hyötysuhde ja korkea kytkentätaajuus ovat nopeita, joten ne ovat välttämätön osa piiriä. Koska molemmat ovat jänniteohjattuja, valinta niiden välillä on usein vaikeaa.
Vaikka IGBT on MOSFETin ja BJT:n risteytys, se ei ole paras ratkaisu kaikissa tilanteissa. MOSFETit ovat myös parantuneet huomattavasti vuosien varrella, ja ne ovat osoittautuneet dynaamisemmiksi laitteiksi. Kuitenkin, koska IGBT:t toimivat tehokkaasti korkeilla jännitteillä ja MOSFETit hämmästyttävän hyvin matalilla jännitteillä, valinta riippuu usein laitteelta vaadittavasta tehosta.
Viitteet
- http://not2fast.com/electronics/theory_docs/choosewisely.pdf
- https://ghioni.faculty.polimi.it/pel/readmat/gate-drive.pdf
