विद्युत ट्रांजिस्टर

बिजली ट्रांजिस्टर के मुख्य वर्ग

एक ट्रांजिस्टर एक सेमीकंडक्टर डिवाइस है जिसमें दो या दो से अधिक पीएन जंक्शन होते हैं और दोनों बूस्ट और स्विच मोड में काम करने में सक्षम होते हैं।

पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में, ट्रांजिस्टर का उपयोग पूरी तरह से नियंत्रणीय स्विच के रूप में किया जाता है। नियंत्रण संकेत के आधार पर, ट्रांजिस्टर को बंद (कम चालन) या खुला (उच्च चालन) किया जा सकता है।

ऑफ स्टेट में, ट्रांजिस्टर बाहरी सर्किट द्वारा निर्धारित आगे वोल्टेज का सामना करने में सक्षम होता है, जबकि ट्रांजिस्टर वर्तमान छोटे मूल्य का होता है।

खुले राज्य में, ट्रांजिस्टर बाहरी सर्किट द्वारा निर्धारित प्रत्यक्ष धारा का संचालन करता है, जबकि ट्रांजिस्टर के आपूर्ति टर्मिनलों के बीच वोल्टेज छोटा होता है। ट्रांजिस्टर रिवर्स करंट का संचालन करने में असमर्थ हैं और रिवर्स वोल्टेज का सामना नहीं कर सकते हैं।

संचालन के सिद्धांत के अनुसार, बिजली ट्रांजिस्टर के निम्नलिखित मुख्य वर्ग प्रतिष्ठित हैं:

• द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर,

• क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर, जिनमें सबसे व्यापक धातु ऑक्साइड सेमीकंडक्टर (MOS) ट्रांजिस्टर (MOSFET - मेटल ऑक्साइड सेमीकंडक्टर फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर) हैं,

• नियंत्रण पी-एन-जंक्शन या स्थिर प्रेरण ट्रांजिस्टर (एसआईटी) (एसआईटी-स्थैतिक प्रेरण ट्रांजिस्टर) के साथ क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर,

• इंसुलेटेड गेट बाइपोलर ट्रांजिस्टर (आईजीबीटी)।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर

एक बाइपोलर ट्रांजिस्टर एक ट्रांजिस्टर होता है जिसमें दो अक्षरों - इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के आवेशों की गति से धाराएँ उत्पन्न होती हैं।

द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर विभिन्न चालकता वाले अर्धचालक पदार्थों की तीन परतें होती हैं। संरचना की परतों के प्रत्यावर्तन के क्रम के आधार पर, pnp और npn प्रकार के ट्रांजिस्टर प्रतिष्ठित हैं। पावर ट्रांजिस्टर के बीच, n-p-n प्रकार के ट्रांजिस्टर व्यापक हैं (चित्र 1, ए)।

संरचना की मध्य परत को आधार (बी) कहा जाता है, बाहरी परत जो वाहक को इंजेक्ट (एम्बेड) करती है उसे एमिटर (ई) कहा जाता है, और वाहक - कलेक्टर (सी) को इकट्ठा करता है। प्रत्येक परत-बेस, एमिटर और कलेक्टर-में सर्किट तत्वों और बाहरी सर्किट से जुड़ने के लिए एक तार होता है। MOSFET ट्रांजिस्टर। एमओएस ट्रांजिस्टर के संचालन का सिद्धांत एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में एक ढांकता हुआ और एक अर्धचालक के बीच इंटरफेस की विद्युत चालकता में बदलाव पर आधारित है।

ट्रांजिस्टर की संरचना से, निम्नलिखित आउटपुट होते हैं: गेट (जी), स्रोत (एस), नाली (डी), साथ ही सब्सट्रेट (बी) से आउटपुट, आमतौर पर स्रोत से जुड़ा होता है (चित्र 1)। बी)।

एमओएस ट्रांजिस्टर और बाइपोलर ट्रांजिस्टर के बीच मुख्य अंतर यह है कि वे करंट के बजाय वोल्टेज (उस वोल्टेज द्वारा निर्मित क्षेत्र) द्वारा संचालित होते हैं। एमओएस ट्रांजिस्टर में मुख्य प्रक्रियाएं एक प्रकार के वाहक के कारण होती हैं, जिससे उनकी गति बढ़ जाती है।

एमओएस ट्रांजिस्टर के स्विच किए गए धाराओं के स्वीकार्य मूल्य काफी हद तक वोल्टेज पर निर्भर करते हैं।50 ए तक की धाराओं में, स्वीकार्य वोल्टेज आमतौर पर 100 किलोहर्ट्ज़ तक की स्विचिंग आवृत्ति पर 500 वी से अधिक नहीं होता है।

एसआईटी ट्रांजिस्टर

यह एक नियंत्रण पी-एन-जंक्शन (चित्र। 6.6।, सी) के साथ क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर का एक प्रकार है। SIT ट्रांजिस्टर की ऑपरेटिंग आवृत्ति आमतौर पर 1200 V तक के स्विच्ड सर्किट वोल्टेज और 200 - 400 A तक की धाराओं के साथ 100 kHz से अधिक नहीं होती है।

आईजीबीटी ट्रांजिस्टर

द्विध्रुवी और क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के सकारात्मक गुणों को एक ट्रांजिस्टर में संयोजित करने की इच्छा ने IGBT — ट्रांजिस्टर (चित्र। 1., d) का निर्माण किया।

आईजीबीटी - ट्रांजिस्टर इसमें बाइपोलर ट्रांजिस्टर की तरह कम टर्न-ऑन पावर लॉस होता है और फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर के विशिष्ट उच्च नियंत्रण सर्किट इनपुट प्रतिबाधा होती है।

चावल। 1. ट्रांजिस्टर के पारंपरिक ग्राफिक पदनाम: ए) - द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर प्रकार पी-पी-पी; बी)-एमओएसएफईटी-ट्रांजिस्टर एक एन-टाइप चैनल के साथ; सी)-एसआईटी-ट्रांजिस्टर पीएन-जंक्शन को नियंत्रित करने के साथ; डी) - आईजीबीटी ट्रांजिस्टर।

पावर आईजीबीटी ट्रांजिस्टर, साथ ही द्विध्रुवी वाले, के स्विच किए गए वोल्टेज 1200 वी से अधिक नहीं हैं, और वर्तमान सीमा मान 20 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति पर कई सौ एम्पीयर तक पहुंचते हैं।

उपरोक्त विशेषताएं आधुनिक बिजली इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में विभिन्न प्रकार के बिजली ट्रांजिस्टर के आवेदन के क्षेत्रों को परिभाषित करती हैं। परंपरागत रूप से, द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जाता था, जिसका मुख्य नुकसान एक महत्वपूर्ण आधार वर्तमान की खपत थी, जिसके लिए एक शक्तिशाली अंतिम नियंत्रण चरण की आवश्यकता होती थी और पूरे उपकरण की दक्षता में कमी आई थी।

फिर क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर विकसित किए गए, जो तेज़ हैं और नियंत्रण प्रणाली की तुलना में कम बिजली की खपत करते हैं।एमओएस ट्रांजिस्टर का मुख्य नुकसान बिजली प्रवाह के प्रवाह से बिजली का बड़ा नुकसान है, जो स्थिर I-V विशेषता की ख़ासियत से निर्धारित होता है।

हाल ही में, आवेदन के क्षेत्र में अग्रणी स्थान आईजीबीटी - ट्रांजिस्टर द्वारा कब्जा कर लिया गया है जो द्विध्रुवीय और क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर के लाभों को जोड़ता है। SIT - ट्रांजिस्टर की सीमित शक्ति अपेक्षाकृत छोटी होती है, यही वजह है कि इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स उन्हें यह नहीं मिला।

पावर ट्रांजिस्टर का सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करना

पावर ट्रांजिस्टर के विश्वसनीय संचालन के लिए मुख्य शर्त विशिष्ट परिचालन स्थितियों द्वारा निर्धारित स्थिर और गतिशील वोल्ट-एम्पीयर विशेषताओं दोनों के सुरक्षा संचालन का अनुपालन सुनिश्चित करना है।

पावर ट्रांजिस्टर की सुरक्षा निर्धारित करने वाली सीमाएँ हैं:

• कलेक्टर (जल निकासी) की अधिकतम स्वीकार्य वर्तमान;

• ट्रांजिस्टर द्वारा छितरी हुई शक्ति का अनुमेय मूल्य;

• वोल्टेज कलेक्टर का अधिकतम स्वीकार्य मूल्य - उत्सर्जक (नाली - स्रोत);

बिजली ट्रांजिस्टर के संचालन के नाड़ी मोड में, परिचालन सुरक्षा सीमा काफी बढ़ा दी जाती है। यह थर्मल प्रक्रियाओं की जड़ता के कारण होता है जो ट्रांजिस्टर के अर्धचालक संरचना को गर्म करने का कारण बनता है।

डायनेमिक I - V एक ट्रांजिस्टर की विशेषता बड़े पैमाने पर स्विच किए गए लोड के मापदंडों द्वारा निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए, सक्रिय - आगमनात्मक भार को बंद करने से मुख्य तत्व पर ओवरवॉल्टेज होता है। ये ओवरवॉल्टेज स्व-आगमनात्मक EMF Um = -Ldi / dt द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, जो लोड के आगमनात्मक घटक में होता है जब वर्तमान शून्य हो जाता है।

एक सक्रिय - आगमनात्मक लोड के स्विचिंग के दौरान ओवरवॉल्टेज को खत्म करने या सीमित करने के लिए, विभिन्न स्विचिंग पाथ फॉर्मिंग (CFT) सर्किट का उपयोग किया जाता है, जो वांछित स्विचिंग पथ को बनाने में सक्षम बनाता है। सबसे सरल मामले में, यह एक आगमनात्मक भार को सक्रिय रूप से शंटिंग करने वाला डायोड हो सकता है, या एमओएस ट्रांजिस्टर के नाली और स्रोत के समानांतर जुड़ा एक आरसी सर्किट हो सकता है।