Un transistor és un dispositiu semiconductor, que va ser inventat l’any 1947 al Bell Lab per William Shockley, John Bardeen i Walter Houser Brattain. És un element bàsic de qualsevol component digital. El primer transistor inventat va ser un transistor de contacte puntual . La funció principal d'un transistor consisteix a amplificar els senyals febles i regular-los en conseqüència. Un transistor compromet materials semiconductors com el silici o el germani o l'arseniur de gal·li. Es classifiquen en dos tipus segons la seva estructura: transistor de connexió bipolar BJT (transistors com transistor de connexió, transistor NPN, transistor PNP) i transistor d’efecte de camp FET (transistors com transistor de funció de connexió i transistor d’òxid de metall, MOSFET de canal N , MOSFET de canal P), i hi ha funcionalitats (com transistor de senyal petit, transistor de commutació petit, transistor de potència, transistor d’alta freqüència, fototransistor, transistors de unió) Consta de tres parts principals Emissor (E), Base (B) i Col·lector (C), o una font (S), desguàs (D) i porta (G).

Què és un transistor de potència?

El dispositiu de tres terminals que està dissenyat específicament per controlar una intensitat elevada de tensió i gestionar un gran nombre de nivells de potència en un dispositiu o un circuit és un transistor de potència. El classificació del transistor de potència inclou el següent.

Transistor de unió bipolar (BJT)
Transistor d'efecte de camp semiconductor d'òxid metàl·lic (MOSFET)
Transistor d’inducció estàtica (SIT)
Transistor bipolar de porta aïllada (IGBT).

Transistor de connexió bipolar

Un BJT és un transistor de unió bipolar que és capaç de manejar-ne dos polaritats (forats i electrons), es pot utilitzar com a interruptor o com a amplificador i també es coneix com a dispositiu de control de corrent. A continuació es detallen les característiques d’un Potència BJT , ells són

Té una mida més gran, de manera que pot circular-hi el màxim corrent
La tensió de ruptura és alta
Té una capacitat de transport de corrent més alta i capacitat de maneig d'alta potència
Té una caiguda de tensió superior a l’estat
Aplicació d’alta potència.

Transistor d'efecte de camp de semiconductor-òxid-de-metall-MOS (MOSFETs) -FETs

MOSFET és una subclasificació del transistor FET, és un dispositiu de tres terminals que conté terminals de font, base i drenatge. La funcionalitat MOSFET depèn de l’amplada del canal. És a dir, si l’amplada del canal és àmplia, funciona de manera eficient. A continuació es detallen les característiques d’un MOSFET,

També es coneix com a controlador de tensió
No cal cap corrent d'entrada
Una alta impedància d’entrada.

Transistor d’inducció estàtica

És un dispositiu que té tres terminals, amb alta potència i freqüència, orientats verticalment. El principal avantatge del transistor d’inducció estàtica és que té una ruptura de tensió superior en comparació amb el transistor d’efecte de camp FET. Les següents són les característiques del transistor d’inducció estàtica,

transistor-inducció estàtica

La longitud del canal és curta
El soroll és menor
L’activació i desactivació són d’uns quants segons
La resistència del terminal és baixa.

Transistor bipolar de porta aïllada (IGBT)

Com el seu nom indica, un IGBT és una combinació de transistors FET i BJT la funció dels quals es basa en la seva porta, on el transistor es pot activar o desactivar en funció de la porta. S’apliquen habitualment en dispositius electrònics de potència com ara inversors, convertidors i font d’alimentació. Les següents són les característiques del transistor bipolar de porta aïllada (IGBT),

transistor bipolar-porta-aïllat (IGBT)

A l’entrada del circuit, les pèrdues són menors
major guany de potència.

Estructura del transistor de potència

El transistor de potència BJT és un dispositiu orientat verticalment que té una àrea gran de secció transversal amb capes alternatives de tipus P i N connectades entre si. Es pot dissenyar utilitzant P-N-P o un N-P-N transistor.

transistor pnp-i-npn

La següent construcció mostra un tipus P-N-P, que consta de tres terminals emissor, base i col·lector. Quan el terminal emissor està connectat a una capa de tipus n altament dopada, per sota de la qual hi ha una capa p moderadament dopada de concentració de 1016 cm-3 i una capa n lleugerament dopada de concentració de 1014 cm-3, que també s’anomena regió de la deriva del col·lector, on la regió de la deriva del col·lector decideix el voltatge de trencament del dispositiu i, a la part inferior, té una capa n + altament dopada de tipus n de concentració de 1019 cm-3, on el col·lector queda gravat per a interfície d'usuari.

Construcció de transistor de potència NPN-BJT

Construcció de transistors de potència NPN

Funcionament del transistor de potència

El transistor de potència BJT funciona en quatre regions de funcionament

Talla la regió
Regió activa
Regió de quasi saturació
Regió de saturació dura.

Es diu que un transistor de potència està en mode de tall si el transistor de potència n-p-n està connectat a la inversa parcialitat on

cas (i): El terminal base del transistor està connectat a negatiu i els terminals emissors del transistor estan connectats a positius i

cas (s): El terminal del col·lector del transistor està connectat al negatiu i el terminal de base del transistor està connectat al positiu que és emissor de bases i el col·lector-emissor està en polarització inversa.

regió de tall del transistor de potència

Per tant, no hi haurà flux de corrent de sortida a la base del transistor on IBE = 0, i tampoc hi haurà corrent de sortida que flueix a través del col·lector fins a l’emissor ja que IC = IB = 0 que indica que el transistor està en estat apagat que és un tallar la regió. Però una petita fracció dels fluxos de corrent de fuita llancen el transistor del col·lector a l’emissor, és a dir, ICEO.

Es diu que un transistor és inactiu només quan la regió base-emissor és polaritzada cap endavant i la regió base-col·lector és polaritzada inversament. Per tant, hi haurà un flux de corrent IB a la base del transistor i un flux de corrent IC a través del col·lector fins a l'emissor del transistor. Quan IB augmenta també augmenta la CI.

transistor de regió activa de potència

Es diu que un transistor es troba en la fase de quasi saturació si l’emissor base i la base col·lector estan connectats en biaix d’enviament. Es diu que un transistor té una saturació dura si l’emissor base i la base col·lector estan connectats en polarització d’enviament.

saturació-regió-de-transistor de potència

Característiques de sortida V-I d’un transistor de potència

Les característiques de sortida es poden calibrar gràficament com es mostra a continuació, on l’eix x representa VCE i l’eix y representa IC.

característiques de sortida

El gràfic següent representa diverses regions com la regió de tall, la regió activa, la regió de saturació dura i la regió de quasi saturació.
Per a diferents valors de VBE, hi ha diferents valors actuals IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
Sempre que no hi ha flux de corrent, significa que el transistor està apagat. Però són pocs els corrents actuals que són ICEO.
Per augmentar el valor de IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. On IB0 és el valor mínim i IB6 és el valor màxim. Quan VCE augmenta, l'ICE també augmenta lleugerament. Quan IC = ßIB, per tant, el dispositiu es coneix com a dispositiu de control actual. Això vol dir que el dispositiu es troba a la regió activa, que existeix durant un període concret.
Un cop l'IC ha arribat al màxim, el transistor canvia a la regió de saturació.
Quan té dues regions de saturació, regió de quasi saturació i regió de saturació dura.
Es diu que un transistor es troba en una regió de quasi saturació si i només si la velocitat de commutació d’encès a apagat o apagat a encès és ràpida. Aquest tipus de saturació s’observa a l’aplicació de freqüència mitjana.
Mentre que en una regió de saturació dura, el transistor requereix una certa quantitat de temps per canviar d'encesa a apagada o apagada a l'estat d'encesa. Aquest tipus de saturació s’observa en les aplicacions de baixa freqüència.

Avantatges

Els avantatges del poder BJT són,

El guany de tensió és elevat
La densitat del corrent és elevada
La tensió directa és baixa
El guany d'ample de banda és gran.

Desavantatges

Els desavantatges del poder BJT són,

L’estabilitat tèrmica és baixa
És més sorollós
El control és una mica complex.

Aplicacions

Les aplicacions de potència BJT són,

Fonts d'alimentació en mode de commutació ( SMPS )
Relleus
Amplificadors de potència
Convertidors de CC a CA
Circuits de control de potència.

Preguntes freqüents

1). Diferència entre transistor i transistor de potència?

Un transistor és un dispositiu electrònic de tres o quatre terminals, on en aplicar un corrent d’entrada a un parell de terminals del transistor es pot observar un canvi de corrent en un altre terminal d’aquest transistor. Un transistor actua com un interruptor o un amplificador.

Mentre que un transistor de potència actua com un dissipador de calor, que protegeix el circuit dels danys. Té una mida més gran que un transistor normal.

2). Quina regió del transistor fa que canviï més ràpidament d’encès a apagat o apagat a encès?

El transistor de potència quan està en quasi saturació canvia més ràpidament d’encès a apagat o apagat a encès.

3). Què significa N en transistor NPN o PNP?

El transistor tipus NPN i PNP representa el tipus de portadors de càrrega que s’utilitzen, que en un tipus N, els portadors de càrrega majoritaris són electrons. Per tant, en NPN dos portadors de càrrega tipus N estan intercalats amb un tipus P, i en PNP, un portador de càrrega tipus N únic es troba entre dos portadors de càrrega tipus P.

4). Quina és la unitat del transistor?

Les unitats estàndard d’un transistor per a la mesura elèctrica són Ampere (A), Volt (V) i Ohm (Ω) respectivament.

5). El transistor funciona amb corrent altern o corrent continu?

Un transistor és una resistència variable que pot funcionar tant en corrent altern com en corrent continu però no es pot convertir de corrent altern a corrent continu o corrent continu a corrent altern.

El transistor és un component bàsic d'un sistema digital , són de dos tipus segons la seva estructura i segons la seva funcionalitat. El transistor que s’utilitza per controlar el voltatge i el corrent grans és una potència BJT (transistor bipolar) és un transistor de potència. També es coneix com a dispositiu de control de corrent de tensió que funciona en 4 regions de tall, actiu, quasi saturat i saturat dur basat en els subministraments donats al transistor. El principal avantatge d’un transistor de potència és que actua com a dispositiu de control de corrent.