Bóng bán dẫn là một thiết bị bán dẫn, được phát minh vào năm 1947 tại Phòng thí nghiệm Bell bởi William Shockley, John Bardeen và Walter Houser Brattain. Nó là một khối xây dựng cơ bản của bất kỳ thành phần kỹ thuật số nào. Bóng bán dẫn đầu tiên được phát minh là điểm tiếp xúc bóng bán dẫn . Chức năng chính của một bóng bán dẫn là khuếch đại các tín hiệu yếu và điều chỉnh chúng cho phù hợp. Một bóng bán dẫn thỏa hiệp các vật liệu bán dẫn như silicon hoặc germani hoặc gali - arsenide. Có hai loại dựa trên cấu trúc của chúng được phân loại, BJT- bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực (bóng bán dẫn như bóng bán dẫn Junction, bóng bán dẫn NPN, bóng bán dẫn PNP) và bóng bán dẫn hiệu ứng trường FET (bóng bán dẫn như bóng bán dẫn chức năng tiếp giáp và bóng bán dẫn oxit kim loại, MOSFET kênh N , MOSFET kênh P), và có chức năng (như bóng bán dẫn tín hiệu nhỏ, bóng bán dẫn chuyển mạch nhỏ, bóng bán dẫn công suất, bóng bán dẫn tần số cao, bóng bán dẫn quang, bóng bán dẫn liên kết). Nó bao gồm ba phần chính Bộ phát (E), Đế (B), và Bộ thu (C), hoặc Nguồn (S), cống (D) và cổng (G).

Transistor công suất là gì?

Thiết bị ba đầu cuối được thiết kế đặc biệt để điều khiển đánh giá dòng điện - điện áp cao và xử lý một số lượng lớn các mức công suất trong một thiết bị hoặc một mạch điện là một bóng bán dẫn công suất. Các phân loại bóng bán dẫn công suất bao gồm những điều sau đây.

Bóng bán dẫn mối nối lưỡng cực (BJTs)
Bóng bán dẫn hiệu ứng trường bán dẫn oxit kim loại (MOSFET)
Bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh (SITs)
Bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBTs).

Điện trở lưỡng cực có mối nối

BJT là một bóng bán dẫn đường giao nhau lưỡng cực, có khả năng xử lý hai phân cực (lỗ trống và electron), nó có thể được sử dụng như một công tắc hoặc một bộ khuếch đại và còn được gọi là thiết bị điều khiển dòng điện. Sau đây là các đặc điểm của một Power BJT , họ đang

Nó có kích thước lớn hơn, do đó dòng điện tối đa có thể chạy qua nó
Điện áp đánh thủng cao
Nó có khả năng mang dòng điện cao hơn và khả năng xử lý năng lượng cao
Nó có điện áp trên trạng thái giảm cao hơn
Ứng dụng công suất cao.

MOS-kim loại-oxit-bán dẫn-trường-hiệu ứng-bóng bán dẫn- (MOSFETs) -FETs

MOSFET là một phân loại phụ của bóng bán dẫn FET, Nó là một thiết bị ba đầu có chứa các đầu cuối nguồn, cơ sở và đầu cuối. Chức năng MOSFET phụ thuộc vào độ rộng của kênh. Đó là nếu độ rộng kênh rộng, nó hoạt động hiệu quả. Sau đây là các đặc điểm của MOSFET,

Nó còn được gọi là bộ điều khiển điện áp
Không cần dòng điện đầu vào
Trở kháng đầu vào cao.

Transistor cảm ứng tĩnh

Nó là một thiết bị có ba thiết bị đầu cuối, với công suất và tần số cao được định hướng theo chiều dọc. Ưu điểm chính của bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh là nó có khả năng đánh thủng điện áp cao hơn so với bóng bán dẫn hiệu ứng trường FET. Sau đây là các đặc điểm của bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh,

bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh

Độ dài của kênh ngắn
Tiếng ồn ít hơn
Việc bật và tắt là một vài giây
Điện trở đầu cuối thấp.

Transistor lưỡng cực cổng cách điện (IGBTs)

Như tên cho thấy IGBT là sự kết hợp của bóng bán dẫn FET và BJT có chức năng dựa trên cổng của nó, nơi bóng bán dẫn có thể được bật hoặc tắt tùy thuộc vào cổng. Chúng thường được áp dụng trong các thiết bị điện tử công suất như bộ biến tần, bộ chuyển đổi và bộ nguồn. Sau đây là các đặc điểm của bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBTs),

cách điện-cổng-lưỡng cực-bóng bán dẫn- (IGBTs)

Ở đầu vào của mạch, tổn thất ít hơn
tăng công suất cao hơn.

Cấu trúc của Transistor công suất

Transistor công suất BJT là một thiết bị được định hướng thẳng đứng có diện tích mặt cắt ngang lớn với các lớp P và N xen kẽ được kết nối với nhau. Nó có thể được thiết kế bằng cách sử dụng P-N-P hoặc một N-P-N bóng bán dẫn.

bóng bán dẫn pnp-và-npn

Cấu trúc sau đây cho thấy loại P-N-P, bao gồm ba thiết bị đầu cuối phát, đế và thu. Nơi đầu cực phát được kết nối với lớp loại n pha tạp cao, bên dưới có lớp p pha tạp vừa phải có nồng độ 1016 cm-3 và lớp n pha tạp nhẹ có nồng độ 1014 cm-3, còn được đặt tên là vùng trôi của bộ thu, trong đó vùng trôi của bộ thu quyết định điện áp đánh thủng của thiết bị và ở dưới cùng, nó có lớp n + là lớp loại n được pha tạp nhiều có nồng độ 1019 cm-3, nơi bộ thu được khắc đi để giao diện người dùng.

NPN-công suất-bóng bán dẫn-cấu tạo

Hoạt động của Transistor công suất

Transistor công suất BJT hoạt động ở bốn vùng hoạt động

Cắt vùng
Vùng hoạt động
Vùng bão hòa gần như
Vùng bão hòa cứng.

Một bóng bán dẫn công suất được cho là ở chế độ cắt nếu bóng bán dẫn công suất n-p-n được kết nối ngược lại Thiên kiến Ở đâu

trường hợp (i): Đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn được kết nối với cực âm và cực phát của bóng bán dẫn được kết nối với cực dương, và

các trường hợp): Đầu cực thu của bóng bán dẫn được kết nối với cực âm và đầu cuối cơ sở của bóng bán dẫn được kết nối với cực dương là cực phát gốc và cực thu-phát là phân cực ngược lại.

vùng cắt của bóng bán dẫn

Do đó, sẽ không có dòng điện đầu ra đến đế của bóng bán dẫn nơi IBE = 0, và cũng sẽ không có dòng điện đầu ra chạy qua bộ thu để phát vì IC = IB = 0 cho biết bóng bán dẫn đang ở trạng thái tắt. vùng cắt đứt. Nhưng một phần nhỏ dòng điện rò rỉ sẽ ném bóng bán dẫn từ bộ thu sang bộ phát, tức là ICEO.

Một bóng bán dẫn được cho là trạng thái không hoạt động chỉ khi vùng gốc-phát là phân cực thuận và vùng thu-gốc phân cực ngược. Do đó sẽ có một dòng điện IB trong cơ sở của bóng bán dẫn và dòng của IC hiện tại qua bộ thu để phát của bóng bán dẫn. Khi IB tăng IC cũng tăng.

vùng hoạt động của bóng bán dẫn

Một bóng bán dẫn được cho là ở trong giai đoạn gần như bão hòa nếu cực phát và cực thu được kết nối trong phân cực chuyển tiếp. Một bóng bán dẫn được cho là ở trạng thái bão hòa cứng nếu bộ phát gốc và cực thu được kết nối trong phân cực chuyển tiếp.

bão hòa-vùng-công suất-bóng bán dẫn

Đặc điểm đầu ra V-I của Transistor công suất

Các đặc tính đầu ra có thể được hiệu chỉnh bằng đồ thị như hình dưới đây, trong đó trục x đại diện cho VCE và trục y đại diện cho IC.

đặc điểm đầu ra

Biểu đồ dưới đây đại diện cho các vùng khác nhau như vùng giới hạn, vùng hoạt động, vùng bão hòa cứng, vùng gần như bão hòa.
Đối với các giá trị khác nhau của VBE, có các giá trị hiện tại khác nhau IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
Bất cứ khi nào không có dòng điện chạy qua, điều đó có nghĩa là bóng bán dẫn đã tắt. Nhưng ít dòng điện chạy ICEO.
Để tăng giá trị của IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. Trong đó IB0 là giá trị nhỏ nhất và IB6 là giá trị lớn nhất. Khi VCE tăng ICE cũng tăng nhẹ. Trong đó IC = ßIB, do đó thiết bị được gọi là thiết bị điều khiển dòng điện. Có nghĩa là thiết bị đang ở trong vùng hoạt động, tồn tại trong một khoảng thời gian cụ thể.
Khi IC đã đạt đến mức tối đa, bóng bán dẫn sẽ chuyển sang vùng bão hòa.
Nơi nó có hai vùng bão hòa là vùng bão hòa gần như vùng bão hòa và vùng bão hòa cứng.
Một bóng bán dẫn được cho là ở trong vùng gần như bão hòa nếu và chỉ khi tốc độ chuyển từ bật sang tắt hoặc tắt sang bật nhanh. Loại bão hòa này được quan sát thấy trong ứng dụng tần số trung bình.
Trong khi ở vùng bão hòa cứng, bóng bán dẫn cần một khoảng thời gian nhất định để chuyển từ trạng thái bật sang tắt hoặc tắt sang trạng thái bật. Loại bão hòa này được quan sát thấy trong các ứng dụng tần số thấp.

Ưu điểm

Ưu điểm của Power BJT là,

Tăng điện áp cao
Mật độ của dòng điện cao
Điện áp phía trước thấp
Độ lợi của băng thông lớn.

Nhược điểm

Nhược điểm của BJT công suất là,

Độ ổn định nhiệt thấp
Nó ồn ào hơn
Việc kiểm soát hơi phức tạp.

Các ứng dụng

Các ứng dụng của BJT công suất là,

Bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch ( SMPS )
Rơ le
Bộ khuếch đại công suất
Bộ chuyển đổi DC sang AC
Các mạch điều khiển công suất.

Câu hỏi thường gặp

1). Sự khác nhau giữa bóng bán dẫn và bóng bán dẫn công suất?

Bóng bán dẫn là một thiết bị điện tử có ba hoặc bốn đầu cực, khi đặt dòng điện đầu vào vào một cặp đầu cực của bóng bán dẫn, người ta có thể quan sát thấy sự thay đổi dòng điện trong một đầu cực khác của bóng bán dẫn đó. Một bóng bán dẫn hoạt động giống như một công tắc hoặc một bộ khuếch đại.

Trong khi đó, một bóng bán dẫn công suất hoạt động giống như một tấm tản nhiệt, bảo vệ mạch khỏi bị hư hỏng. Nó có kích thước lớn hơn một bóng bán dẫn bình thường.

2). Vùng nào của bóng bán dẫn làm cho nó chuyển từ bật sang tắt hoặc tắt sang bật nhanh hơn?

Transistor công suất khi nó ở trạng thái gần như bão hòa sẽ chuyển nhanh hơn từ bật sang tắt hoặc tắt sang bật.

3). N trong bóng bán dẫn NPN hoặc PNP có nghĩa là gì?

N trong bóng bán dẫn loại NPN và PNP đại diện cho loại hạt mang điện được sử dụng, trong loại N, phần lớn hạt mang điện là electron. Do đó trong NPN, hai hạt mang điện loại N được kẹp với một hạt P, và trong PNP hạt mang điện loại N đơn được kẹp giữa hai hạt mang điện loại P.

4). Đơn vị của bóng bán dẫn là gì?

Các đơn vị tiêu chuẩn của một bóng bán dẫn để đo điện lần lượt là Ampe (A), Vôn (V) và Ohm (Ω).

5). Transistor có hoạt động trên ac hoặc dc không?

Transistor là một biến trở có thể hoạt động trên cả AC và DC nhưng không thể chuyển đổi từ AC sang DC hoặc DC sang AC.

Các bóng bán dẫn một thành phần cơ bản của một hệ thống kỹ thuật số , chúng có hai loại dựa trên cấu trúc và dựa trên chức năng của chúng. Bóng bán dẫn được sử dụng để điều khiển điện áp và dòng điện lớn là công suất BJT (bóng bán dẫn lưỡng cực) là một bóng bán dẫn công suất. Nó còn được gọi là thiết bị điều khiển dòng điện áp hoạt động ở 4 vùng cắt, hoạt động, bán bão hòa và bão hòa cứng dựa trên nguồn cung cấp cho bóng bán dẫn. Ưu điểm chính của bóng bán dẫn công suất là nó hoạt động như một thiết bị điều khiển dòng điện.