دیود، تریستور سمیکرون و IGBT چیست، چه کاربردهایی دارد و انواع آن

دیود ،تریستور و IGBT چیست؟

دیود چیست ؟ هرگاه دو کریستال نیمه هادی نوع P و N به هم اتصال یابند،الکترون های آزاد نیمها هادی نوع N که در نزدیک محل اتصال PN قرار دارند به منطقه P نفوذ کرده و با حفره های کریستال نوع P ترکیب میشوند به این ترتیب تعدادی از حفره ها و الکترو نها از بین میروند و شرایط خاصی را بوجود می آورند

اتصال PN ( دیود پیوندی Junction Diode)

عبور یک الکترون از محل اتصال سبب ایجاد یک جفت یون میشود.هنگامی که ناحیه Nیک اتم پنج ظرفیتی الکترونی از دست میدهد، آن اتم به یون مثبت تبدیل میشود.در مقابلدر ناحیه P اتم های سه ظرفیتی الکترون دریافت میکنند و تبدیل به یون منفی میشوند.

ترکیب پی درپی الکترونها با حفره ها در محل پیوند تعداد زیادی یون مثبت و منفی را ایجاد میکند.این یون ها در کریستال ثابت هستند و نمیتوانند مانند الکترو نهای آزاد حرکت کنند. بنابراین در محلپیوند ناحیه ای به نام لایه تخلیه به وجود می آید که در آن حامل های هدایت الکتریکییعنی الکترو نها و حفره ها ،  وجود   ندارد.   به ناحیه   تخلیه  ناحیه  سد  هم  گفته  میشود.

دیود چیست ؟ یون های مثبت و منفی در ناحیه تخلیه سبب ایجاد میدان الکتریکی میشود و نمی گذارد الکترون های آزاد از محلاتصال عبور کند. هرگاه میدان ایجاد شده به حدی برسد که مانع عبور الکترون از محل اتصال شود، ولتاژی بین دو کریستال P و N بوجود می آید ولتاژ ایجاد شده در ناحیه تخلیه، پتانسیل سد نام دارد و مقدار آن برای دیود سیلیکونی حدود 0.7 ولت و برای دیود ژرمانیومی حدود 0.2 ولت میباشد. به پیوند P و N دیود میگویند.

ولتاژ بندی یا بایاس دیود

اتصال ولتاژ به دیود را ولتاژبندی یا بایاس می نامند.اتصال ولتاژ به دو صورت امکان پذیراست

1- دیود در بایاس مستقیم

اگر نیمه هادی نوع P را به قطب مثبت باتری و نیمه هادی نوع N را به قطب منفی آن متصل کنیم،  دربایاس مستقیم قرار می گیرد.

منحنی مشخصه ولت آمپر دیود در بایاس مستقیم

اگر نیمه هادی PN را در بایاس مستقیم قرار دهیم و ولتاژ متصل شده به آن را به تدریج از صفر ولت افزایش دهیم و جریان عبوری از آن را به وسیله میلی آمپرمتر اندازه بگیریم، در ولتاژ صفر جریان عبوری از آن صفر است با افزایش ولتاژ جریان عبوری از دیود هم افزایش می یابد. هنگامی که ولتاژ بایاس برای یک دیود سیلیکونی کم تر از 0.7 ولت است جریان بسیار ناچیزی از دیود عبور میکند.

             

دیود چیست ؟

اگر ولتاژ بایاس زیاد شود ( یعنی پتانسیل خارجی بیشتر از0/7 ولت شود)، این پتانسیل بر پتانسیل سد غلبه میکندو سد شکسته میشود و سرانجام جریان عبوری از آن به طور ناگهانی افزایش می یابد. برای محدود کردن جریان عبوری از دیود لازم است مقاومتی را با آن به صورت سری ببندیم.چنانچه در محورهای مختصات، به محور X مولفه ولتاژ و به محور Y مؤلفه جریان را اختصاص دهیم،با استفاده از مقادیر مختلف اندازه گیری شده، می توانیم منحنی مشخصه دیود را ترسیم کنیم.

منحنی مشخصه ولت آمپر دیود در بایاس مستقیم

 2- دیود در بایاس معکوس

در صورتی که نیمه هادی نوع P را به قطب منفی باتری و نیمه هادی نوع N به قطب مثبت آن وصل نماییم، این حالت را بایاس معکوس می نامند.

منحنی مشخصه ولت آمپر دیود در بایاس معکوس

اگر نیمه هادی PN را به طور معکوس بایاس کنیم جریان بسیار ناچیز نشتی از دیود میگذرد. با افزایش ولتاژ معکوس، در یک ولتاژ معین که ولتاژ شکست دیود نامیده میشود.در این حالت جریان عبوری از آن به سرعت افزایش می یابد و  آسیب می بیند.

انواع دیود و کاربردهای آن

انواع متعددی از دیودهای پیوند PN وجود دارند که از لحاظ نوع کار، مشخصّه و زمینه کاربرد با هم متفاوت اند.از انواع آنها میتوان به دیود اتصال نقطه ای، زنر،نور دهنده LED واراکتور، فتو دیود، شاتکی، منتشر کننده اشعه مادون قرمز، لیزری و دیود جریان ثابت نام برد

کاربرد دیودها

از دیود میتوان به عنوان یک سوکننده های ، چندبرابرکننده ها و تغییردهنده های شکل استفاده کرد.

تریستور چیست؟

تریستور چیست ؟ تریستور  یک  نیمه‌ هادی چهار لایه است که در مدارهای قدرت و الکترونیک صنعتی از آن استفاده می‌شود. از تریستور به عنوان «یکسوساز کنترل شده با سیلیکون»(Silicon Controlled Rectifier) یا SCR نیز نام میبرند. برای روشن (ON) شدن آن  بایدبه پایه گیت آن (بخش کنترل شده) یک سیگنال اعمال کرد. در حقیقت، با اعمال سیگنال گیت یک دیود یکسو خواهیم داشت و این متناظر با کلمه یکسوساز در SCR است. در حقیقت،نماد مداری تریستور یک دیود قابل کنترل است. شکل زیر، نماد تریستور را نشان می‌دهد.نماد مداری تریستور برخلاف دیود پیوندی که یک قطعه نیمه‌رسانای دو لایه (P-N) است،یا ترانزیستور دوقطبی متداول که سه لایه دارد (P-N-P یا N-P-N)، تریستور یک قطعه نیمه‌هادی چهار لایه (P-N-P-N) است که سه پیوند PN دارد. مشابه یک دیود، تریستور قطعه‌ای تک‌جهته است و جریان را فقط در یک جهت هدایت می‌کند. اما برخلاف دیود، تریستور بسته به چگونگی سیگنال اعمالی به گیتش می‌تواند به عنوان یک کلید مدار باز یا یک دیود یکسوکننده عمل کند. به عبارت دیگر تریستورها فقط می‌توانند در حالت کلیدزنی عمل کنند و برای تقویت‌کنندگی به کار نمی‌روند.

SEMIKRON SKKD

در حالت خاموش یا OFF، تریستور جریان یک منبع AC را در هر دو جهت سد می‌کند.با روشن یا ON شدن تریستور از طریق اعمال یک جریان مثبت به گیت  عملکرد تریستور مانند یک دیود یکسوساز معمولی خواهد بود.

IGBT سمیکرون چیست؟

ترانزیستور دو قطبی با گِیت عایق شده (Insulated Gate Bipolar Transistor) یا به اختصار IGBT ، قطعه‌ای نیمه‌رسانا است که عملکردی بین ترانزیستور پیوندی دو قطبی (BJT) و ترانزیستور اثر میدان (MOSFET) دارد. ترانزیستور IGBT سمیکرون بهترین بخش‌های دو ترانزیستور متداول BJT و MOSFET را در ساختار خود دارد. در واقع، امپدانس ورودی بزرگ و سرعت سوئیچینگ بالای MOSFET و ولتاژ اشباع پایین BJT با هم ترکیب شده است و نوع دیگری ترانزیستور به نام IGBT ساخته شده که قابلیت عملکرد در مقادیر بالای جریان کلکتور-امیتر را با ولتاژ گیت تقریباً صفر دارد. آی جی بی تی، همان‌گونه که از نامش پیداست، مجهز به فناوری گیت ایزوله شده MOSFET و نیز مشخصه یک ترانزیستور دو قطبی متداول است. 

IGBTها به طور گسترده در کاربردهای الکترونیک قدرت مانند اینورترها، مبدل‌ها و منابع تغذیه که به قطعات سوئیچینگ حالت جامد نیاز داشته و ماسفت‌ها و BJTها در آن‌جا کارایی لازم را ندارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. ترانزیستورهای دو قطبی ولتاژ بالا و جریان بالا در دسترس هستند، اما سرعت سوئیچینگ آن‌ها پایین است. از سوی دیگر، اگرچه سرعت سوئیچینگ ماسفت‌های قدرت بیشتر است، اما قطعات ولتاژ بالا و جریان بالای آن گران هستند.