Самостоятельная работа по предмету: Физические основы компьютера на тему: Транзистор Принял

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ)
Их мы рассмотрим более подробно.
БТИЗ выполнены как сочетание входного униполярного (полевого) транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) и выходного биполярного n-p-n БТ. Имеется много различных способов создания таких приборов, однако наибольшее распространение получили приборы IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), в которых удачно сочетаются особенности полевых транзисторов с вертикальным каналом и дополнительного биполярного транзистора. Таким образом, БТИЗ имеет три внешних вывода: эмиттер, коллектор, затвор. Соединения эмиттера и стока (D), базы и истока (S) являются внутренними. Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включенном состоянии.
рис.4. Один из вариантов токовой нагрузкой и малым сопротивлением структуры БТИЗ во включенном состоянии.
Структура БТИЗ
На схеме VT-полевой транзистор с изолированным затвором, VТ1 - биполярный транзистор, R1-последовательное сопротивление канала полевого транзистора, R2-сопротивление, шунтирующее переход база-эмиттер биполярного транзистора VТ1. Благодаря сопротивлению R2 биполярный транзистор заперт и не оказывает существенного влияния на работу полевого транзистора VT. Структура транзистора IGBT дополнена еще одним р-п-переходом, благодаря которому в схеме замещения появляется еще один р-п-р-транзистор VТ2. Образовавшаяся структура из двух транзисторов VT₁ и VT₂ имеет глубокую внутреннюю положительную обратную связь, т.к. ток коллектора транзистора VT₂ влияет на ток базы транзистора VT₁ а ток коллектора VT₁ определяет ток базы транзистора VT₂.
Рис.5. Схема замещения. ВАХ IGBT.
Принимая, что коэффициенты передачи тока эмиттера транзисторов VT₁ и VT₂ имеют значения б₁ и б₂ соответственно, найдем I_к2 = б₂I_э2, I_к1 = б₁I_э1 и I_э = I_к1+ I_к2+I_с. Из последнего уравнения можно определить ток стока ПТ I_с = I_э (1 - б₁ - б₂).
Поскольку ток стока I_с ПТИЗ можно найти через крутизну S и напряжение U_з на затворе I_с = SU_з, определим ток IGBT-транзистора:
I_к = I_з = S_kU_з,
где S_k = S/ [1-] - эквивалентная крутизна БТ с изолированным затвором.
Условное схематическое изображение БТИЗ приведено на рис.6. Оно подчеркивает его гибридность тем, что изолированный затвор изображается как в ПТИЗ, а электроды коллектора и эмиттера - как у БТ.
рис.6. Условное графическое изображение БТИЗ.
Другим достоинством IGBT-транзисторов является значительное снижение последовательного сопротивления и, следовательно, снижение падения напряжения на замкнутом ключе. Последнее объясняется тем, что последовательное сопротивление канала R₂ шунтируется двумя насыщенными транзисторами VT₁ и VT_2, включенными последовательно.
Область безопасной работы БТИЗ подобна ПТИЗ, т.е. в ней отсутствует участок вторичного пробоя, характерный для биполярных транзисторов. Поскольку в основу транзисторов типа IGBT с индуцированным каналом, то напряжение, подаваемое на затвор, должно быть больше порогового напряжения, имеющего значение 5ч6 В.
Быстродействие БТИЗ несколько ниже быстродействия ПТ, но значительно выше быстродействия БТ. Исследования показали, что для большинства транзисторов типа IGBT время включения и выключения не превышает 0,55ч1,0 мкс.