Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką

Struktura bardziej złożona – połączenie tranzystora bipolarnego (od strony
wyjścia) z tranzystorem MOSFET (od strony wejścia). Stosowane w
przekształtnikach energoelektronicznych (np. falownikach), gdzie pełnią
rolę łączników (zaworów, kluczy) elektronicznych w obwodach o wysokich
napięciach (kV) i dużych prądach (10

1

÷ 10

3

A).

Oznaczenie:

IGBT

(Insulated Gate Bipolar Transistor)

Symbol:

Sterowanie napięciowe, dla U

GE

≈ 0 tranzystor nie przewodzi, dla U

GE

powyżej ok. 5 V tranzystor wchodzi w stan przewodzenia; czas zmiany
stanu rzędu 1

μs. Od strony bramki tranzystor zachowuje się jak pojem-

ność: w stanie ustalonym prąd zerowy, ale przy przełączaniu konieczne
szybkie przeładowanie, co wymaga krótkich impulsów prądowych o dużej
amplitudzie – stosuje się specjalne sterowniki bramkowe (tzw. driver’y).

Tyrystor

Specjalna dioda krzemowa posiadająca dodatkową elektrodę sterującą -
bramkę. Nie przewodzi prądu (nawet przy polaryzacji w kierunku
przewodzenia), dopóki na bramce nie pojawi się impuls prądu
załączającego. Zanik prądu bramki nie przerywa przepływu prądu przez
tyrystor.

A

AK

G3

G2

G1

Charakterystyki statyczne

prądowo-napięciowe.

Stosowane w układach o największym poziomie mocy (napięcia kilka kV,
prądy do kilku kA), znacznie dłuższe czasy komutacji niż dla tranzystorów
– kilka do kilkadziesiąt mikrosekund.

Mogą być stosowane w układach, w których konieczna jest regulacja
wartości średniej (lub skutecznej) napięcia, np. w prostowniku
sterowanym.

z

A

AK

A

1

G

A

2

Inne odmiany tyrystorów:

TRIAC – (TRIode Alternating Current switch) tyrystor dwukierunkowy,
może przewodzić w obydwu kierunkach; działa jak 2 tyrystory połączone
równolegle przeciwsobnie, ze wspólną bramką, struktura 5-cio warstwowa.

GTO – (Gate Turn Off) tyrystor wyłączalny prądem bramki, wyłączanie
także impulsem prądu bramki, ale o ujemnej polaryzacji i większej
wartości, brak wytrzymałości napięciowej w kierunku wstecznym,
konieczne złożone układy sterowania i zabezpieczeń.

MCT – (MOS Controlled Thyristor) sterowany za pomocą wbudowanych 2
tranzystorów polowych, duża szybkość przełączeń, możliwość sterowanego
załączenia i wyłączenia.

Elementy optoelektroniczne

Światło pochłaniane przez półprzewodnik dostarcza mu energii. Energia
fotonu, przekazana elektronowi w paśmie walencyjnym, może wyzwolić go
z wiązania, co powoduje powstanie pary swobodnych nośników – elektronu
i dziury – wzrost koncentracji nośników obydwu typów. W półprzewodniku
domieszkowanym silnie rośnie (procentowo) koncentracja nośników
mniejszościowych – tworzą one prąd wsteczny w złączu pn. Stąd w
półprzewodnikowych elementach optoelektronicznych często wykorzystuje
się złącze pn spolaryzowane w kierunku zaporowym.

Fotodioda

Wykorzystuje się wzrost prądu wstecznego diody pod wpływem oświetlenia
– proporcjonalny do mocy strumienia świetlnego. Dzięki odpowiedniej
technologii wykonania (szklane okna w obudowie) wzrost prądu przy
oświetleniu może być znaczny.

A

AK

3

2

1

0

0

1

2

3

A

AK

Fotodioda może być wykorzystana np. do pomiarów fotometrycznych.
Fotodioda ma także generatorowy obszar pracy (IV ćwiartka układu
współrzędnych) – prąd zgodny z kierunkiem napięcia. Przy dużej
powierzchni oświetlonej pracują jako tzw. ogniwa słoneczne.

Przy szybkich zmianach oświetlenia występuje opóźnienie zmian prądu
płynącego przez diodę – wynika ze skończonej szybkości ruchu nośników w
złączu i z czasu rekombinacji nośników. Czas opóźnienia bardzo krótki –
nanosekundy (częstotliwość graniczna: 10 MHz ÷ 1 GHz).

Fototranzystor

Tranzystor, którego złącze kolektor-baza jest wykonane jako fotodioda.

Baza może być wyprowadzona dodatkowo lub nie. Mają znacznie większość
czułość niż fotodiody (znacznie większy prąd kolektora w fototranzystorze
niż prąd fotodiody w analogicznym układzie i tych samych warunkach
oświetlenia), ale są od nich wolniejsze (większe czasy opóźnienia).

Dioda elektroluminescencyjna

Popularna nazwa: LED (ang. Light Emitting Diode). Elementy wykonane z
arsenku, fosforku lub azotku galu. Emitują promieniowanie świetlne przy
przepływie prądu w kierunku przewodzenia. Mają niewielką sprawność (z
reguły poniżej 0,1 %, diody emitujące w zakresie podczerwieni – do 5%).
Długość fali (kolor) zależny od materiałów wyjściowych i domieszkowania.
Typowe diody dają wyraźne światło przy prądach rzędu kilku
miliamperów.

Typowe wartości parametrów:
• napięcie przewodzenia większe niż

dla diod przełączających i

prostowniczych – od 1,3 V do 3,5 V; typowo ok. 2 V,

• maksymalne prądy przewodzenia od 10 mA do ok. 0,3 A,

• moc promieniowana od 0,1 mW do 2 mW,

• długość fali od 500 do 950 nm.
Cecha charakterystyczna – krótki czas reakcji (narastania impulsów
świetlnych) rzędu od piko- do nanosekund.