Qarshi muhandislik-iqtisodiyot instituti elektronika va avtomatika fakulteti texnologik jarayonlarni avtomatlashtirish va boshqaruv kafedrasi

8.1-masala. n-p-n tipli tranzistor sxemaga umumiy baza bilan ulangan (4.17.1–rasm). Emitter – baza kuchlanishi , kollektor-baza kuchlanishi . Kollektor-emitter kuchlanishini aniqlang.
Yechish.
Kirxgofning ikkinchi qonuniga kо‘ra: U_EB + U_BK + U_KE = 0 ,
Bundan kollektor-emitter kuchlanishi: U_KE = 12 +0,5 = 12,5 V.

9-AMALIY ISH

IS tayyorlashda diffusion jarayonlarni hisoblash. Integral sxemadagi bipolyar tranzistor konstruksiyasini hisoblash.


Ishdan maqsad: Izolyatsiyalangan tambali bipolyar tranzistorlar (IGBT – tranzistorlar)

Izolyatsiyalangan tambali bipolyar tranzistor (IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor) uch qatlamli metall-oksid-yarim о‘tkazgich (metall-dielektrik-yarim о‘tkazgich) struktura orkali tо‘liq boshqariluvchi yarim о‘tkazgich asbob. Uni uzish yoki ulash tamba va bosh oralig‘iga musbat kuchlanish berish va bermaslik bilan amalga oshiriladi. 9.1-rasmda IGBT – tranzistorning shartli belgilanishi keltirilgan.

9.1-rasm. IGBT-tranzistorning shartli belgilanishi

Izolyatsiyalangan tambali bipolyar tranzistorlar elektr maydon yordamida boshqariluvchi MOP strukturali (MOSFET – Metal-Oxid-Semiconductor-Field-Effect-Transistor) kuchli tranzistorlar texnologiyasi rivojlanishi mahsuli hisoblanadi va о‘zida bitta yarim о‘tkazgich strukturadagi ikki tranzistorni: bipolyar (kuch kanalini tashkil etuvchi) va maydonli (boshqaruv kanalini tashkil etuvchi) tranzistorlarni mujassam etgan. Ikki tranzistorni ulash ekvivalent sxemasi 9.2-rasmda keltirilgan.

9.2-rasm. IGBT-tranzistor tarkibida ikki tranzistorning
ulanishi ekvivalent sxemasi

Bu asbob kuchli zanjirga bipolyar tranzistorning E (emitter) S (kollektor) kirishlari bilan, boshqaruv zanjiriga esa G(tamba) kirishi bilan ulangan.

Shunday qilib IGBT uchta tashqi kirishga ega: emitter, kollektor va tamba. Emitter va quyi (D), baza va bosh (S) ulash ichki ulashlar hisoblanadi.
Ikkita asbobning bitta strukturada mujassamlanganligi bipolyar va maydonli tranzistorlarning afzalliklarini birlashtirish imkonini berdi: yuqori yuklama tokli katta kirish qarshiligi va ulangan holda kichik qarshilikga ega bо‘lishi, boshqaruv signalining kam quvvatliligi, teskari kuchlanishning katta qiymatlariga chidamliligi, yaxshi temperatura xarakteristikalar shular jumlasidan.
IGBT- tranzistor strukturasi kesimi sxemasi 9.3-rasmda keltirilgan. Bipolyar tranzistor p⁺ (emitter), n (baza), p (kollektor) qatlamlaridan hosil qilingan. Maydonli tranzistor n (bosh), n⁺ (quyi) va metall plastinka (tamba) qatlamlaridan hosil qilingan. p⁺ va p qatlamlar kuch zanjiriga ulanuvchi tashqi kirishlarga ega. Tamba boshqaruv zanjiriga ulanuvchi kirishga ega.

9.3-rasm. IGBT-tranzistor strukturasi kesimi sxemasi

Izolyatsiyalangan tambali bipolyar tranzistorni ulash jarayonini ikki bosqichga bо‘lish mumkin: tamba va bosh orasiga musbat kuchlanish berilgandan keyin maydonli tranzistor ochiladi (bosh va quyi orasida n -kanal shakllanadi(induksiyalanadi)). Zaryadlarning n sohadan p sohaga harakati bipolyar tranzistor ochilishiga olib keladi va emitterdan kollektorga oquvchi tokni yuzaga keltiradi. Shunday qilib, maydonli tranzistor bipolyar tranzistor ishini boshqaradi.

Yuqorida ta’kidlaganidek IGBT- tranzistor elektrodlarini belgilash chog‘ida “emitter”, “kollektor” va “tamba” atamalari qо‘llanilgan. Aslida, IGBT- tranzistorda p-n-p va n-p-n tipdagi ikkita bipolyar struktura mavjud. IGBT- tranzistor kirishlarining nomlanishi odatdan tashqari (ayniqsa, kollektor, chunki amalda u p-n-p tipdagi kuchli bipolyar tranzistorning emitteriga ulangan) bо‘lsada ,ular umum qabul qilingan atamalar hisoblanadi.


IGBT tranzistorlar asosidagi kuchli modullar
О‘zgartirgichlarning texnik-iqtisodiy kо‘rsatgichlarini yaxshilashning samarali yо‘llaridan biri, elementlarni, jumladan, yarim о‘tkazgich asboblarini konstruktiv- texnologik integrallashdan iborat. Ma’lum sxemalar bilan о‘zaro ulangan asboblar (diodlar, tranzistorlar, tiristorlar va h.k.) yagona plastmassa korpusda yig‘ilgan gibrid integral sxemalar kuchli yarim о‘tkazgich modullar deb ataladi.
Modullarda elemenlarning ulanish sxemalari tipik о‘zgartirish sxemalariga mos keladi (masalan, bir fazali yoki uch fazali kо‘prik sxema, elementlarning ketma ket yoki parallel ulanishlari).
Seriya tarzida ishlab chiqariluvchi tranzistorli modullar planar texnologiya bо‘yicha tayyorlanadi.
Hozirgi paytda IGBT- tranzistorlar asosidagi kuchli modullarning ishlab chiqarilishi Rossiyaning “ Elektrovipryamitel” OAJ da yо‘lga qо‘yilgan.
IGBT-modullar quyidagi afzalliklarga ega:
-modul sxemasi elementlari sovutish qurilmalaridan elektr izolyatsiyalangan, bu esa ularni bitta sovutgich (radiator) orqali sovutish imkonini beradi.
-о‘rnatishning osonligi va о‘zgartgich boshqa sxemalari bilan birlashtirishning qulayligi;
-kuchli zanjirda keraksiz induktivlikni kamaytirish, buning hisobiga tranzistorlardagi о‘ta kuchlanishlar yuzaga kelishini va kommutatsiya isroflarini kamaytirish;
-tranzistorlar du/dt ga bardoshli bо‘lgani uchun ularning ishonchli ishlashi tok va kuchlanish bо‘yicha chegaraviy yuklanishlarda ham ta’minlanadi;
-IGBT-modullardan parallel ulashlarda foydalanish imkoniyatining mavjudligi;
-uzish chog‘ida tokning kamayish vaqti qisqa;
-kommutatsiya toklari (1200 A gacha ) va kuchlanishlari (3,3 kV gacha) qiymatlarining yuqoriligi;
Modullar konstruktiv jihatdan 1,2, 3 hilda tayyorlanadi:
1-modul kengligi 34mm (toklari 25, 50 ,75 A);
2-modul kengligi 62mm (toklari 100,150 ,200 A);
3-modul kengligi 62mm (toklari 200, 320, 400 A).