الترانزستورات عبارة عن أجهزة صغيرة أشباه موصلات تعمل على تكبير الإشارات الكهربائية والطاقة الكهربائية أو تبديلها. الترانزستورات هي لبنات البناء الأساسية للدائرة الكهربائية في الإلكترونيات الحديثة. IGBT و MOSFET نوعان من الترانزستورات مع ثلاثة أطراف مستخدمة في أجهزة مختلفة بجهد كهربائي مختلف. دعونا نلقي نظرة على ماهية هذه الترانزستورات والاختلافات الموجودة بينها.
IGBT مقابل MOSFET
الفرق بين IGBT و MOSFET هو أن محطات IGBT عبارة عن باعث ، ومجمع ، وبوابة ، بينما تتكون MOSFET من محطات المصدر والصرف والبوابة. قد تحتوي MOSFET على طرف جسم في وقت واحد. على الرغم من أن كلا الجهازين يتم التحكم فيهما عن طريق الجهد.
IGBT هو جهاز تبديل أشباه الموصلات ثلاثي الأطراف يستخدم في أجهزة مختلفة لتضخيم الإشارات الكهربائية المختلفة أو التبديل بينها. محطاتها هي المجمع والباعث والبوابة. "المجمع" و "الباعث" هما طرفي إخراج و "البوابة" هي طرف الإدخال. إنه جهاز تبديل أشباه الموصلات مثالي لأنه تقاطع بين ترانزستور مفرق ثنائي القطب (BJT) و MOSFET.
MOSFET هو جهاز أشباه الموصلات رباعي الأطراف يتم التحكم فيه بالجهد ويستخدم في تكبير إشارات الدائرة أو تبديلها. ترانزستورات الترانزستورات الأكثر استخدامًا هي إلى حد بعيد. يمكن صنعه إما من النوع p أو النوع n من أشباه الموصلات. محطاته هي مصدر ، وتصريف ، وبوابة ، وجسم. في بعض الأحيان يتم توصيل طرف الجسم بطرف المصدر ، مما يجعله جهازًا ثلاثي الأطراف.
جدول المقارنة بين IGBT و MOSFET
| معلمات المقارنة | IGBT | موسفيت |
| محطات | محطاتها هي المجمع والباعث والبوابة. | أطرافه هي المصدر والصرف والبوابة والجسم. |
| حاملات الشحنة | الإلكترونات والثقوب على حد سواء حاملات الشحنة. | الإلكترونات هي الموصلات الرئيسية. |
| مفارق | لديها تقاطعات PN. | لا يحتوي على تقاطعات PN. |
| تبديل الترددات | لديها تردد تحويل أقل من MOSFET. | لديها تردد تحويل أعلى. |
| التفريغ الكهربائي | إنه شديد التحمل لتفريغ الكهرباء الساكنة. | قد يكون التفريغ الكهروستاتيكي ضارًا بطبقة أكسيد المعدن. |
ما هو IGBT؟
الترانزستور ثنائي القطب المعزول للبوابة أو IGBT هو ترانزستور يمثل تقاطعًا بين BJT و MOSFET. لديها خصائص تحويل الإخراج والتوصيل الخاصة بـ BJT ولكن يتم التحكم في الفولتية مثل MOSFET. نظرًا لأنه يتم التحكم في الفولتية ، فإنه لا يتطلب سوى مقدار ضئيل من الجهد للحفاظ على التوصيل عبر الجهاز.
يجمع IGBT بين جهد التشبع المنخفض لجهاز أشباه الموصلات المسمى الترانزستور وأيضًا المقاومة العالية وسرعة التحويل للـ MOSFET. الجهاز لديه القدرة على التعامل مع تيارات المجمع-الباعث الكبيرة مع محرك بوابة صفر. من بين محطاتها الثلاثة ، ترتبط محطات التجميع والباعث بمسار التوصيل ، وترتبط محطة البوابة بالتحكم في الجهاز.
يعتبر IGBT مثاليًا لتطبيقات المواقف ذات الجهد العالي والتيار العالي. يستخدم للتبديل السريع بكفاءة عالية في العديد من الأجهزة الإلكترونية. تُستخدم IGBT في العديد من الأجهزة مثل محركات محركات التيار المتردد والتيار المستمر ، وإمدادات الطاقة في وضع التبديل (SMPS) ، والمحولات ، وإمدادات الطاقة غير المنظمة (UPS) ، والتحكم في محرك الجر والتدفئة التعريفي ، وغيرها الكثير.
تتمثل ميزة استخدام IGBT في أنه يوفر تشغيلًا بجهد أعلى ، وخسائر أقل في الإدخال ، وزيادة في اكتساب الطاقة. على الرغم من أنه يمكنه تبديل التيار فقط في الاتجاه "الأمامي". إنه جهاز أحادي الاتجاه.
ما هو MOSFET؟
MOSFET أو ترانزستور تأثير المجال أشباه الموصلات المعدنية هو جهاز أشباه الموصلات يستخدم لتكبير أو تبديل الإشارات الإلكترونية. إنه جهاز ذو 4 أطراف مع المصدر والصرف والبوابة والجسم كأطرافه. في بعض الحالات ، يتم توصيل أطراف التوصيل بالجسم والمصدر ، مما يجعل العد الطرفي تنازليًا إلى 3.
تدخل موصلات الشحن (الإلكترونات أو الثقوب) إلى MOSFET عبر طرف المصدر إلى القناة وتخرج عبر طرف الصرف. يتم التحكم في عرض القناة بواسطة طرف البوابة. تقع البوابة بين المصدر ومحطة الصرف وهي معزولة عن القناة عبر طبقة رقيقة من أكسيد المعدن. يُعرف أيضًا باسم ترانزستور تأثير حقل البوابة المعزول أو IGFET بسبب عزل محطة البوابة.
تتميز الدائرة MOSFET بكفاءة عالية حتى أثناء العمل على الفولتية المنخفضة. تتميز بسرعة تحويل عالية ولا يوجد بها تيار بوابة تقريبًا. يتم استخدامه في الدوائر التناظرية والرقمية ، وأجهزة استشعار MOS ، والآلات الحاسبة ، ومكبرات الصوت ، وأنظمة الاتصالات الرقمية.
على الرغم من أن MOSFETs لا يمكنها العمل بكفاءة عند مستويات الجهد العالي لأنها تخلق عدم استقرار في الجهاز ولأنها تحتوي على طبقة أكسيد معدني ، فإنها دائمًا ما تتعرض لخطر التلف من خلال التغييرات الكهروستاتيكية.
الاختلافات الرئيسية بين IGBT و MOSFET
يتم التحكم في الجهد الكهربائي لكل من IGBT و MOSFET ، لكن أحد الاختلافات الرئيسية الملحوظة هو أن IGBT عبارة عن جهاز ثلاثي الأطراف و MOSFET عبارة عن جهاز رباعي الأطراف. على الرغم من أنها متشابهة جدًا ، إلا أن كلاهما لهما بعض الاختلافات بين الترانزستورات.
استنتاج
تحل IGBTs و MOSFETs بسرعة محل الأنواع القديمة من الترانزستورات والأجهزة الميكانيكية الأخرى المستخدمة في الدوائر الكهربائية. إن كفاءتها العالية وتردد التحويل العالي تجعلها سريعًا جزءًا لا غنى عنه من الدائرة. نظرًا لأن كلاهما يتم التحكم فيهما في الجهد ، فإن الاختيار بينهما غالبًا ما يكون صعبًا.
على الرغم من أن IGBT عبارة عن تقاطع بين MOSFET و BJT ، إلا أنها ليست أفضل إجابة في جميع المواقف. تم أيضًا تحسين الدوائر MOSFET بشكل كبير على مر السنين وأظهرت أنها جهاز أكثر ديناميكية. ومع ذلك ، نظرًا لأن IGBTs تعمل بكفاءة عند الفولتية العالية وتعمل MOSFET بشكل جيد بشكل مذهل عند الفولتية المنخفضة ، يعتمد الاختيار غالبًا على الإخراج المطلوب للجهاز.
مراجع
- http://not2fast.com/electronics/theory_docs/choosewisely.pdf
- https://ghioni.faculty.polimi.it/pel/readmat/gate-drive.pdf
