O que é um transistor de potência: tipos e seu funcionamento

O que é um transistor de potência: tipos e seu funcionamento

Um transistor é um dispositivo semicondutor, que foi inventado no ano de 1947 no Bell Lab por William Shockley, John Bardeen e Walter Houser Brattain. É um bloco de construção básico de qualquer componente digital. O primeiro transistor inventado foi um transistor de contato pontual . A principal função de um transistor é amplificar os sinais fracos e regulá-los em conformidade. Um transistor compromete materiais semicondutores como silício ou germânio ou arseneto de gálio. Eles são classificados em dois tipos com base em sua estrutura, BJT- transistor de junção bipolar (transistores como transistor de junção, transistor NPN, transistor PNP) e transistor de efeito de campo FET (transistores como transistor de função de junção e transistor de óxido metálico, MOSFET de canal N , MOSFET de canal P) e sua funcionalidade (como transistor de sinal pequeno, transistor de comutação pequeno, transistor de potência, transistor de alta frequência, fototransistor, transistores unijunction) Consiste em três partes principais: Emissor (E), Base (B) e Coletor (C), ou uma Fonte (S), dreno (D) e portão (G).



O que é um transistor de potência?

O dispositivo de três terminais projetado especificamente para controlar alta corrente - classificação de tensão e lidar com um grande número de níveis de potência em um dispositivo ou circuito é um transistor de potência. O classificação do transistor de potência inclui o seguinte.


Transistor de junção bipolar

Um BJT é um transistor de junção bipolar, que é capaz de lidar com dois polaridades (buracos e elétrons), ele pode ser usado como uma chave ou como um amplificador e também conhecido como um dispositivo de controle de corrente. A seguir estão as características de um Power BJT , eles estão





  • Tem um tamanho maior, de modo que a corrente máxima pode fluir através dele
  • A tensão de ruptura é alta
  • Tem maior capacidade de transporte de corrente e alta potência de manuseio
  • Tem uma queda de tensão mais alta no estado
  • Aplicação de alta potência.
MOS-metal-óxido-semicondutor-efeito-transistor- (MOSFETs) -FETs

MOS-metal-óxido-semicondutor-efeito-transistor- (MOSFETs) -FETs

MOSFET é uma subclassificação do transistor FET, é um dispositivo de três terminais contendo terminais de fonte, base e dreno. A funcionalidade MOSFET depende da largura do canal. Ou seja, se a largura do canal for grande, ele funciona de forma eficiente. A seguir estão as características de um MOSFET,



  • Também é conhecido como controlador de tensão
  • Nenhuma corrente de entrada é necessária
  • Uma alta impedância de entrada.

Transistor de indução estática

É um dispositivo que possui três terminais, com alta potência e frequência, que é orientado verticalmente. A principal vantagem do transistor de indução estática é que ele tem uma quebra de tensão mais alta em comparação com o transistor de efeito de campo FET. A seguir estão as características do transistor de indução estática,

transistor de indução estática

transistor de indução estática

  • O comprimento do canal é curto
  • O ruído é menor
  • O ligar e desligar leva alguns segundos
  • A resistência terminal é baixa.

Transistor bipolar de porta isolada (IGBTs)

Como o nome sugere, um IGBT é uma combinação de transistor FET e BJT cuja função é baseada em sua porta, onde o transistor pode ser ligado ou desligado dependendo da porta. Eles são comumente aplicados em dispositivos eletrônicos de potência, como inversores, conversores e fonte de alimentação. A seguir estão as características do transistor bipolar de porta isolada (IGBTs),


transistor bipolar de porta isolada (IGBTs)

transistor bipolar de porta isolada (IGBTs)

  • Na entrada do circuito, as perdas são menores
  • maior ganho de potência.

Estrutura do transistor de potência

O Transistor de potência BJT é um dispositivo orientado verticalmente com uma grande área de seção transversal com camadas alternadas do tipo P e N conectadas entre si. Pode ser projetado usando P-N-P ou um N-P-N transistor.

transistor pnp e npn

transistor pnp e npn

A construção a seguir mostra um tipo P-N-P, que consiste em três terminais emissor, base e coletor. Onde o terminal emissor é conectado a uma camada do tipo n altamente dopada, abaixo da qual uma camada p moderadamente dopada de concentração de 1016 cm-3 está presente e uma camada n levemente dopada de concentração de 1014 cm-3, que também é chamada de região de deriva do coletor, onde a região de deriva do coletor decide a tensão de break-over do dispositivo e, na parte inferior, tem uma camada n + que é altamente dopada camada tipo n de concentração de 1019 cm-3, onde o coletor é gravado para interface de usuário.

NPN-power-transistor-BJT-construction

NPN-power-transistor-construction

Operação do transistor de potência

Power Transistor BJT funciona em quatro regiões de operação que são

  • Região cortada
  • Região ativa
  • Região de quase saturação
  • Região de saturação dura.

Diz-se que um transistor de potência está em modo de corte se o transistor de potência n-p-n estiver conectado ao contrário viés Onde

caso (i): O terminal de base do transistor é conectado ao negativo e o terminal emissor do transistor é conectado ao positivo, e

caso (s): O terminal coletor do transistor é conectado ao terminal negativo e base do transistor é conectado ao positivo que é emissor-base e emissor-coletor está em polarização reversa.

região de corte do transistor de potência

região de corte do transistor de potência

Portanto, não haverá fluxo de corrente de saída para a base do transistor, onde IBE = 0, e também não haverá corrente de saída fluindo através do coletor para o emissor, pois IC = IB = 0, o que indica que o transistor está em estado desligado, é um região cortada. Mas uma pequena fração dos fluxos de corrente de fuga jogam o transistor do coletor para o emissor, ou seja, ICEO.

Diz-se que um transistor está no estado inativo somente quando a região base-emissora é polarização direta e polarização reversa da região base do coletor. Conseqüentemente, haverá um fluxo de corrente IB na base do transistor e fluxo de corrente IC através do coletor para o emissor do transistor. Quando o IB aumenta, o IC também aumenta.

transistor de região ativa

transistor de região ativa

Diz-se que um transistor está no estágio de quase saturação se o base-emissor e o coletor-base estiverem conectados na polarização de encaminhamento. Diz-se que um transistor está em saturação forte se o emissor de base e a base de coletor estiverem conectados em polarização de encaminhamento.

saturação-região-de-potência-transistor

saturação-região-de-potência-transistor

Características de saída V-I de um transistor de potência

As características de saída podem ser calibradas graficamente conforme mostrado abaixo, onde o eixo x representa VCE e o eixo y representa IC.

características de saída

características de saída

  • O gráfico abaixo representa várias regiões como a região de corte, região ativa, região de saturação dura, região de quase saturação.
  • Para diferentes valores de VBE, existem diferentes valores de corrente IB0, IB1, IB2, IB3, IB4, IB5, IB6.
  • Sempre que não houver fluxo de corrente, significa que o transistor está desligado. Mas poucos fluxos de corrente que são ICEO.
  • Para um valor aumentado de IB = 0, 1,2, 3, 4, 5. Onde IB0 é o valor mínimo e IB6 é o valor máximo. Quando o VCE aumenta, o ICE também aumenta ligeiramente. Onde IC = ßIB, portanto, o dispositivo é conhecido como um dispositivo de controle de corrente. O que significa que o dispositivo está na região ativa, que existe por um determinado período.
  • Quando o IC atinge o máximo, o transistor muda para a região de saturação.
  • Onde há duas regiões de saturação, região de quase saturação e região de saturação dura.
  • Diz-se que um transistor está em uma região de quase saturação se, e somente se, a velocidade de comutação de ligar para desligar ou de desligar para ligar for rápida. Esse tipo de saturação é observado na aplicação de média frequência.
  • Já em uma região de saturação forte, o transistor requer um certo tempo para passar do estado ligado para desligado ou desligado para ligado. Este tipo de saturação é observado nas aplicações de baixa frequência.

Vantagens

As vantagens do poder BJT são,

  • O ganho de tensão é alto
  • A densidade da corrente é alta
  • A tensão direta é baixa
  • O ganho de largura de banda é grande.

Desvantagens

As desvantagens do poder BJT são,

  • A estabilidade térmica é baixa
  • É mais ruidoso
  • O controle é um pouco complexo.

Formulários

As aplicações do poder BJT são,

  • Fontes de alimentação comutadas ( SMPS )
  • Relés
  • Amplificadores de potência
  • Conversores DC para AC
  • Circuitos de controle de energia.

FAQs

1). Diferença entre transistor e transistor de potência?

Um transistor é um dispositivo eletrônico de três ou quatro terminais, onde ao aplicar uma corrente de entrada a um par de terminais do transistor, pode-se observar uma mudança na corrente em outro terminal desse transistor. Um transistor atua como uma chave ou um amplificador.

Considerando que um transistor de potência atua como um dissipador de calor, que protege o circuito contra danos. É maior em tamanho do que um transistor normal.

2). Qual região do transistor o torna mais rápido de ligado para desligado ou de desligado para ligado?

O transistor de potência quando está quase saturado muda mais rápido de ligado para desligado ou desligado para ligado.

3). O que significa N em NPN ou transistor PNP?

N no transistor do tipo NPN e PNP representa o tipo de portadores de carga usados, que em um tipo N, a maioria dos portadores de carga são elétrons. Portanto, no NPN dois portadores de carga do tipo N são ensanduichados com um portador de carga do tipo P, e no PNP único portador de carga do tipo N é ensanduichado entre dois portadores de carga do tipo P.

4). Qual é a unidade do transistor?

As unidades padrão de um transistor para medição elétrica são Amperes (A), Volt (V) e Ohm (Ω), respectivamente.

5). O transistor funciona em CA ou CC?

Um transistor é um resistor variável que pode funcionar em CA e CC, mas não pode ser convertido de CA para CC ou CC para CA.

O transistor é um componente básico de um sistema digital , eles são de dois tipos com base em sua estrutura e com base em sua funcionalidade. O transistor que é usado para controlar grandes tensões e correntes é um BJT (transistor bipolar) de potência. Ele também é conhecido como um dispositivo de controle de tensão-corrente que opera em 4 regiões de corte, ativo, quase saturação e forte saturação com base nas fontes fornecidas ao transistor. A principal vantagem de um transistor de potência é que ele atua como um dispositivo de controle de corrente.