Transistors zijn kleine halfgeleiderapparaten die elektrische signalen en elektrische stroom vergroten of schakelen. Transistoren zijn de basisbouwstenen van een elektrisch circuit in moderne elektronica. IGBT en MOSFET zijn twee soorten transistors met drie terminals die worden gebruikt in verschillende apparaten met verschillende spanningen. Laten we eens kijken naar wat deze transistors zijn en welke verschillen ze hebben.
IGBT versus MOSFET
Het verschil tussen IGBT en MOSFET is dat de terminals van IGBT emitter, collector en gate zijn, terwijl MOSFET bestaat uit source-, drain- en gate-terminals. De MOSFET kan een body-terminal tegelijk bevatten. Hoewel beide apparaten worden bestuurd door spanning.
IGBT is een halfgeleiderschakelapparaat met drie aansluitingen dat in verschillende apparaten wordt gebruikt om verschillende elektrische signalen te versterken of te schakelen. De terminals zijn Collector, emitter en gate. De "collector" en "emitter" zijn uitgangsklemmen en de "poort" is de ingangsklem. Het is een ideaal halfgeleiderschakelapparaat omdat het een kruising is tussen Bipolar Junction Transistor (BJT) en MOSFET.
MOSFET is een vierpolig spanningsgestuurd halfgeleiderapparaat dat wordt gebruikt voor het vergroten of schakelen van circuitsignalen. MOSFETS zijn verreweg de meest gebruikte transistoren. Het kan worden gemaakt met een p-type of een n-type halfgeleider. De terminals zijn een source, drain, gate en body. Soms is de body-terminal verbonden met de source-terminal, waardoor het een apparaat met drie terminals wordt.
Vergelijkingstabel tussen IGBT en MOSFET
| Parameters van vergelijking: | IGBT | MOSFET |
| Aansluitingen | De terminals zijn collector, emitter en gate. | De terminals zijn de source, drain, gate en body. |
| Ladingsdragers | Elektronen en gaten zijn beide dragers van lading. | Elektronen zijn de belangrijkste geleiders. |
| kruispunten | Het heeft PN-knooppunten. | Het heeft geen PN-knooppunten. |
| Schakelfrequenties | Het heeft een lagere schakelfrequentie dan MOSFET. | Deze heeft een hogere schakelfrequentie. |
| Elektrostatische ontlading | Het is zeer tolerant voor elektrostatische ontlading. | Elektrostatische ontlading kan schadelijk zijn voor de metaaloxidelaag. |
Wat is IGBT?
De Insulated Gate Bipolar Transistor of IGBT is een transistor die een kruising is tussen BJT en MOSFET. Het heeft de uitgangsschakel- en geleidingseigenschappen van een BJT, maar is net als de MOSFET spanningsgestuurd. Omdat het spanningsgestuurd is, heeft het slechts een kleine hoeveelheid spanning nodig om de geleiding door het apparaat te behouden.
IGBT combineert de lage verzadigingsspanning van het halfgeleiderapparaat dat transistor wordt genoemd, en ook de hoge impedantie en schakelsnelheid van een MOSFET. Het apparaat heeft de capaciteit om grote collector-emitterstromen te verwerken met nulpoortstroomaandrijving. Van de drie terminals zijn de collector- en emitterterminals geassocieerd met het geleidingspad en de gate-terminal is gekoppeld aan het besturen van het apparaat.
IGBT is ideaal voor toepassingen met hoge spanning en hoge stroom. Het wordt gebruikt voor snel schakelen met een hoog rendement in verschillende elektronische apparaten. IGBT's worden gebruikt in verschillende apparaten, zoals AC- en DC-motoraandrijvingen, Switch Mode Power Supplies (SMPS), omvormers, Unregulated Power Supply (UPS), tractiemotorbesturing en inductieverwarming en nog veel meer.
Het voordeel van het gebruik van een IGBT is dat het een hogere spanningswerking, lagere ingangsverliezen en een grotere vermogenswinst biedt. Hoewel het de stroom alleen in de "voorwaartse" richting kan schakelen. Het is een unidirectioneel apparaat.
Wat is MOSFET?
De MOSFET of Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor is een halfgeleiderapparaat dat wordt gebruikt om elektronische signalen te vergroten of te schakelen. Het is een apparaat met 4 aansluitingen met de source, drain, gate en body als terminals. In sommige gevallen zijn de body- en source-terminals verbonden, waardoor het aantal terminals op 3 komt.
De ladingsgeleiders (elektronen of gaten) komen de MOSFET binnen via de source-terminal in het kanaal en verlaten via de drain-terminal. De breedte van het kanaal wordt geregeld door de gate-terminal. De gate bevindt zich tussen de source- en drainterminal en is via een dunne laag metaaloxide geïsoleerd van het kanaal. Het is ook bekend als Insulated Gate Field Effect Transistor of IGFET omdat de gate-terminal geïsoleerd is.
Een MOSFET is zeer efficiënt, zelfs bij lage spanningen. Het heeft een hoge schakelsnelheid en heeft vrijwel geen poortstroom. Het wordt gebruikt in analoge en digitale circuits, MOS-sensoren, rekenmachines, versterkers en digitale telecommunicatiesystemen.
Hoewel MOSFET's niet efficiënt kunnen werken bij hoge spanningsniveaus, omdat het instabiliteit in het apparaat veroorzaakt en omdat het een metaaloxidelaag heeft, loopt het altijd het risico van schade door elektrostatische veranderingen.
Belangrijkste verschillen tussen IGBT en MOSFET
IGBT en MOSFET zijn beide spanningsgestuurd, maar een belangrijk merkbaar verschil is dat IGBT een apparaat met 3 aansluitingen is en MOSFET een apparaat met 4 aansluitingen. Hoewel ze erg op elkaar lijken, hebben ze allebei een paar verschillen tussen de twee transistors.
Gevolgtrekking
IGBT's en MOSFET's vervangen snel de oudere typen transistors en andere mechanische apparaten die in elektrische circuits worden gebruikt. Door hun hoge efficiëntie en hoge schakelfrequentie zijn ze snel een onmisbaar onderdeel van het circuit. Omdat beide spanningsgestuurd zijn, is een keuze tussen beide vaak moeilijk.
Ook al is een IGBT een kruising tussen een MOSFET en een BJT, het is niet in alle situaties het beste antwoord. MOSFET's zijn in de loop der jaren ook enorm verbeterd en hebben aangetoond een dynamischer apparaat te zijn. Omdat IGBT's echter efficiënt werken bij hoge spanningen en MOSFET's verbazingwekkend goed werken bij lage spanningen, hangt de keuze vaak af van de output die van het apparaat wordt vereist.
Referenties
- http://not2fast.com/electronics/theory_docs/choosewisely.pdf
- https://ghioni.faculty.polimi.it/pel/readmat/gate-drive.pdf
