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绝缘栅双极晶体管

发布时间:2011/12/19 10:27:08 访问次数:3252

      绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor)结合了MOSFET与BJT两者的特性,被使用在高电压与高电流的交换应用上,在许多这样的应用场合中,IGBT被大量地取代了MOSFET与BJT。在学习完本节后,我们应该能够:解释IGBT的工作原理;解释IGBT较MOSFET与BJT的优点;辨识IGBT的符号;参与讨论IGBT如何被开与关;说明IGBT的等效电路。
    IGBT是一个具有BJT的输出导通特性,但却像MOSFET是电压控制之元件;在许多高电压交换应用场合是一个非常好的选择。IGBT具有三个端点:栅极、集电极、发射极。图11.42显示一个常用的电路符号,如图所示,除了一条粗黑线之外,它类似一个BJT符号;此粗黑线表示MOSFET的栅极端结构,而非BJT的基极。

                    
    IGBT具右MOSFET的输入特性及BJT的输出特性,BJT较FET有更高的电流能力,但MOSFET因为绝缘栅极结构的关系而没有栅极电流。IGBT具有比MOSFET较低的饱和电压,其饱和电压大约与BJT相同。IGBT在一些应用上比MOSFET优异因为它可以处理的集电极到发射极电压高过200V,且当它操作在开启的状态时拥有较小的饱和电压。IGBT在一些应用上也比BJT优异因为其切换的速度较快,就切换的速度而论,MOSFET较IGBT快,而BJT是最慢的。表11.1是IGBT、MOSFET、BJT的一般特性比较。

             
    IGBT类似MOSFET是由栅极电压所控制,实质上,一个IGBT可以想象成是一个电压控制的BJT.但切换速度更快。因为是由绝缘的栅极电压所控制,IGBT实质上几乎没有输入电流,即不需加载驱动源之电流。图11. 43表示一个IGBT的简化等效电路,其输入的元件是一个MOSFET,而输出元件是一个双极性晶体管,当栅极相对于发射极的电压低于一个阈值电压值Vthresh时元件关闭,增加栅极电压到超过阈值电压值时则元件导通。

                   
    如图11.44红色部分所示,IGBT的NPNP结构在元件内部形成一个寄生晶体管(parasitic transistor)及一个继承的寄生电阻(parasitic resistance),这些寄生的元件在平常工作时并没有作用,但是,在图11. 44中,若其最大的集电极电流超过某种特定情况,此一寄生晶体管QP将被开启并有效地联合Q1,而形成一个寄生的晶闸管,此时将发生一个闩锁状况。在此一闩锁状态,元件将维持在开启的状态而不为栅极电压所控制,UC2844BN 维持元件工作在一个指定的限制条件内即可以避免栓锁状态。

                 
   

      绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor)结合了MOSFET与BJT两者的特性,被使用在高电压与高电流的交换应用上,在许多这样的应用场合中,IGBT被大量地取代了MOSFET与BJT。在学习完本节后,我们应该能够:解释IGBT的工作原理;解释IGBT较MOSFET与BJT的优点;辨识IGBT的符号;参与讨论IGBT如何被开与关;说明IGBT的等效电路。
    IGBT是一个具有BJT的输出导通特性,但却像MOSFET是电压控制之元件;在许多高电压交换应用场合是一个非常好的选择。IGBT具有三个端点:栅极、集电极、发射极。图11.42显示一个常用的电路符号,如图所示,除了一条粗黑线之外,它类似一个BJT符号;此粗黑线表示MOSFET的栅极端结构,而非BJT的基极。

                    
    IGBT具右MOSFET的输入特性及BJT的输出特性,BJT较FET有更高的电流能力,但MOSFET因为绝缘栅极结构的关系而没有栅极电流。IGBT具有比MOSFET较低的饱和电压,其饱和电压大约与BJT相同。IGBT在一些应用上比MOSFET优异因为它可以处理的集电极到发射极电压高过200V,且当它操作在开启的状态时拥有较小的饱和电压。IGBT在一些应用上也比BJT优异因为其切换的速度较快,就切换的速度而论,MOSFET较IGBT快,而BJT是最慢的。表11.1是IGBT、MOSFET、BJT的一般特性比较。

             
    IGBT类似MOSFET是由栅极电压所控制,实质上,一个IGBT可以想象成是一个电压控制的BJT.但切换速度更快。因为是由绝缘的栅极电压所控制,IGBT实质上几乎没有输入电流,即不需加载驱动源之电流。图11. 43表示一个IGBT的简化等效电路,其输入的元件是一个MOSFET,而输出元件是一个双极性晶体管,当栅极相对于发射极的电压低于一个阈值电压值Vthresh时元件关闭,增加栅极电压到超过阈值电压值时则元件导通。

                   
    如图11.44红色部分所示,IGBT的NPNP结构在元件内部形成一个寄生晶体管(parasitic transistor)及一个继承的寄生电阻(parasitic resistance),这些寄生的元件在平常工作时并没有作用,但是,在图11. 44中,若其最大的集电极电流超过某种特定情况,此一寄生晶体管QP将被开启并有效地联合Q1,而形成一个寄生的晶闸管,此时将发生一个闩锁状况。在此一闩锁状态,元件将维持在开启的状态而不为栅极电压所控制,UC2844BN 维持元件工作在一个指定的限制条件内即可以避免栓锁状态。

                 
   

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